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(jià)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(fù)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(yuǎn)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(zhì)鐵的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，假設(shè)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(jì)算表達(dá)式）

Answer 1

分析 （1）鐵是26號元素，其原子核外有26個(gè)電子，F(xiàn)e原子的3d、4s電子為其價(jià)電子，根據(jù)構(gòu)造原理書寫Fe核外價(jià)電子排布式；
（2）根據(jù)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(qiáng)，其電負(fù)性的數(shù)值越大；
（4）根據(jù)價(jià)層電子對互斥理論確定雜化類型，價(jià)層電子對個(gè)數(shù)=σ鍵個(gè)數(shù)+孤電子對，然后判斷分子或離子的空間構(gòu)型，再判斷鍵角；
（5）根據(jù)價(jià)層電子對互斥理論確定雜化類型，價(jià)層電子對個(gè)數(shù)=σ鍵個(gè)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(zhì)的物理性質(zhì)熔點(diǎn)沸點(diǎn)；
（7）根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算．

解答 解：（1）鐵是26號元素，其原子核外有26個(gè)電子，F(xiàn)e原子的3d、4s電子為其價(jià)電子，根據(jù)構(gòu)造原理書寫Fe核外價(jià)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(gè)未成對電子，
故答案為：4；
（3）元素原子的得電子能力越強(qiáng)，則電負(fù)性越大，同周期從左到右元素的電負(fù)性逐漸增強(qiáng)，所以電負(fù)性：O＞N＞C，
故答案為：O＞N＞C；
（4）CH₄分子中每個(gè)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(gè)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(gè)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(qiáng)，是一種介于化學(xué)鍵與分子間作用力之間的作用力，含F(xiàn)、O、N元素的物質(zhì)中分子內(nèi)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(yuǎn)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(zhì)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(shè)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(zhì)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(diǎn)評 本題綜合考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)知識，涉及核外電子排布、鍵角大小比較、氫鍵、晶胞計(jì)算等，題目難度中等．晶胞計(jì)算是解答難點(diǎn)．