Question

20．苯胺是一種良好的黑色燃料，俗稱苯胺黑，可以通過如下方式合成

（1）基態(tài)鐵原子價電子排布式為3d⁶4s²．
（2）Fe²⁺的未成對電子數(shù)4．
（3）組成硝基苯的C、N、O三種元素的電負性由大到小順序是O＞N＞C
（4）CH₄、NH₃、H₂O的鍵角由小到大的順序是H₂O＜NH₃＜CH₄
（5）苯胺中的C、N兩元素的雜化方式分別是sp²雜化、sp³雜化
（6）苯胺在水中的溶解度遠大于硝基苯的在水中的溶解度的原因是苯胺與水形成氫鍵，而硝基苯與水不能形成氫鍵
（7）某種單質鐵的晶胞結構如圖所示，假設鐵原子的半徑為a nm，則該種鐵的密度為$\frac{21\sqrt{3}}{4{a}^{3}{N}_{A}×1{0}^{-21}}$g/cm³．（列出計算表達式）

Answer 1

分析 （1）鐵是26號元素，其原子核外有26個電子，F(xiàn)e原子的3d、4s電子為其價電子，根據構造原理書寫Fe核外價電子排布式；
（2）根據Fe²⁺的核外電子排布式確定未成對電子數(shù)；
（3）原子的得電子能力越強，其電負性的數(shù)值越大；
（4）根據價層電子對互斥理論確定雜化類型，價層電子對個數(shù)=σ鍵個數(shù)+孤電子對，然后判斷分子或離子的空間構型，再判斷鍵角；
（5）根據價層電子對互斥理論確定雜化類型，價層電子對個數(shù)=σ鍵個數(shù)+孤電子對；
（6）氫鍵是一種特殊的分子間作用力，影響物質的物理性質熔點沸點；
（7）根據ρ=$\frac{m}{V}$計算．

解答 解：（1）鐵是26號元素，其原子核外有26個電子，F(xiàn)e原子的3d、4s電子為其價電子，根據構造原理書寫Fe核外價電子排布式為3d⁶4s²，
故答案為：3d⁶4s²；
（2）Fe²⁺核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶，在3d上存在4個未成對電子，
故答案為：4；
（3）元素原子的得電子能力越強，則電負性越大，同周期從左到右元素的電負性逐漸增強，所以電負性：O＞N＞C，
故答案為：O＞N＞C；
（4）CH₄分子中每個碳原子雜化軌道數(shù)為4，所以采取sp³雜化，為正四面體，鍵角為109°28′；
NH₃分子中每個氮原子雜化軌道數(shù)為4，所以采取sp³雜化，三角錐形，鍵角為107°18′；
H₂O分子中每個氧原子雜化軌道數(shù)為4，所以采取sp³雜化，為V形，鍵角為104.5°；
所以CH₄、NH₃、H₂O的鍵角由小到大的順序是：H₂O＜NH₃＜CH₄，
故答案為：H₂O＜NH₃＜CH₄；
（5）中碳原子雜化軌道數(shù)為3，所以采取sp²雜化，N元素全部形成單鍵，屬于sp³雜化，
故答案為：sp²雜化；sp³雜化；
（6）氫鍵比范德華力強，是一種介于化學鍵與分子間作用力之間的作用力，含F(xiàn)、O、N元素的物質中分子內或分子之間能形成氫鍵，苯胺在水中與水形成氫鍵，而硝基苯與水不能形成氫鍵，所以苯胺在水中的溶解度遠大于硝基苯的在水中的溶解度，
故答案為：苯胺與水形成氫鍵，而硝基苯與水不能形成氫鍵；
（7）Fe晶胞圖為，單質晶體為體心立方密堆積，晶體中Fe原子的配位數(shù)為8，其Fe的原子半徑為apm=10^-10acm，設晶胞棱長為xcm，則3x²=（4×10^-10a）²，故x=$\frac{4\sqrt{3}}{3}a$×10^-10cm，晶胞中Fe原子數(shù)目為1+8×$\frac{1}{8}$=2，晶胞質量為$\frac{2×56}{{N}_{A}}$g，
則晶體密度為：$\frac{2×56}{{N}_{A}}$g÷（$\frac{4\sqrt{3}}{3}$a×10^-10cm）³=$\frac{21\sqrt{3}}{4{a}^{3}{N}_{A}×1{0}^{-21}}$g/cm³，

故答案為：$\frac{21\sqrt{3}}{4{a}^{3}{N}_{A}×1{0}^{-21}}$．

點評 本題綜合考查物質結構有關知識，涉及核外電子排布、鍵角大小比較、氫鍵、晶胞計算等，題目難度中等．晶胞計算是解答難點．