Question

3．鐵、銅及其化合物在日常生產(chǎn)、生活有著廣泛的應(yīng)用．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）鐵在元素周期表中的位置是第四周期第Ⅷ族，基態(tài)銅原子的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹或[Ar]3d¹⁰4s¹．
（2）配合物Fe（CO）_x常溫下呈液態(tài)，熔點(diǎn)為-20.5℃，沸點(diǎn)為103℃，易溶于非極性溶劑，據(jù)此可判斷Fe（CO）_x晶體屬于分子晶體（填晶體類(lèi)型）．
（3）寫(xiě)出CO的一種常見(jiàn)等電子體分子的結(jié)構(gòu)式N≡N，兩者相比較沸點(diǎn)較高的為CO（填化學(xué)式）．CN^-中碳原子雜化軌道類(lèi)型為sp雜化，C、N、O三元素的第一電離能最大的為N（用元素符號(hào)表示）．
（4）銅晶體中銅原子的堆積方式如圖1所示．
（5）M原子的價(jià)電子排布式為3s²3p⁵，銅與M形成化合物的晶胞如圖2所示（黑點(diǎn)代表銅原子）．
①該晶體的化學(xué)式為CuCl．
②已知銅和M的電負(fù)性分別為1.9和3.0，則銅與M形成的化合物屬于共價(jià)（填“離子”、“共價(jià)”）化合物．
③已知該晶體的密度為ρg•cm^-3，阿伏伽德羅常數(shù)為N_A，已知該晶體中銅原子和M原子之間的最短距離為體對(duì)角線(xiàn)的$\frac{1}{4}$，則該晶體中銅原子和M原子之間的最短距離為$\frac{\sqrt{3}}{4}\root{3}{\frac{4×99.5}{ρ{N}_{A}}}$×10¹⁰pm（只寫(xiě)計(jì)算式）．

Answer 1

分析 （1）鐵是26號(hào)元素，位于周期表中第四周期第ⅤⅢ族；
（2）根據(jù)配合物配合物Fe（CO）_x的性質(zhì)判斷晶體類(lèi)型；
（3）原子數(shù)和價(jià)電子數(shù)相同的微粒互為等電子體；根據(jù)分子的極性判斷，極性分子的沸點(diǎn)較高；根據(jù)C原子價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)確定雜化方式；一般來(lái)說(shuō)非金屬性越強(qiáng)，第一電離能越大，但是因?yàn)閜軌道半充滿(mǎn)體系具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，會(huì)有特例，如N的p軌道本來(lái)就是半充滿(mǎn)的，O的p軌道失去一個(gè)電子才是半充滿(mǎn)的，所以O(shè)比N容易失去電子；
（5）根據(jù)價(jià)電子排布式判斷出X原子為Cl原子；
①利用均攤法計(jì)算得出；
②根據(jù)電負(fù)性差值判斷化合物類(lèi)型；
③計(jì)算出一個(gè)晶胞中微粒數(shù)，利用化合物的摩爾質(zhì)量和密度計(jì)算出晶胞邊長(zhǎng)，根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu)可知，銅原子和M原子之間的最短距離為立方體體對(duì)角線(xiàn)的$\frac{1}{4}$．

解答 解：（1）根據(jù)元素的質(zhì)子數(shù)可知電子數(shù)為26，其原子基態(tài)時(shí)的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，位于周期表中第四周期第VIII族；
銅為29號(hào)元素，基態(tài)銅原子的核外電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹或[Ar]3d¹⁰4s¹，
故答案為：第四周期第Ⅷ族；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹或[Ar]3d¹⁰4s¹；
（2）配合物Fe（CO）_x常溫下呈液態(tài)，熔點(diǎn)為-20.5℃，沸點(diǎn)為103℃，易溶于非極性溶劑，據(jù)此可判斷Fe（CO）_x晶體屬于分子晶體，
故答案為：分子晶體；
（3）原子總數(shù)相等，價(jià)電子數(shù)相等的粒子互為等電子體，所以CO的一種常見(jiàn)等電子體分子為氮?dú)猓�結(jié)構(gòu)式為N≡N，對(duì)于分子晶體，相對(duì)分子質(zhì)量相近時(shí)，極性越大，沸點(diǎn)越高，一氧化碳是極性分子，氮?dú)馐欠菢O性分子，所以沸點(diǎn)較高的為一氧化碳；
CN^-中C原子價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)=1+$\frac{1}{2}$（4+1-1×3）=2，所以采取sp雜化；一般來(lái)說(shuō)非金屬性越強(qiáng)，第一電離能大，但是因?yàn)閜軌道半充滿(mǎn)體系具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，N的p軌道本來(lái)就是半充滿(mǎn)的，O的p軌道失去一個(gè)電子才是半充滿(mǎn)的，所以C、N、O三元素的第一電離能最大的為N，
故答案為：N≡N；CO；sp雜化；N；
（5）①某M原子的外圍電子排布式為3s²3p⁵，則M為氯元素，由銅與M形成化合物的晶胞可知，4個(gè)銅原子都在晶胞內(nèi)部，故該晶胞中銅的個(gè)數(shù)為4，氯原子的個(gè)數(shù)為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，所以該晶體的化學(xué)式為：CuCl，
故答案為：CuCl；
②電負(fù)性差值大于1.7原子間易形成離子鍵，小于1.7原子間形成共價(jià)鍵，銅與X的電負(fù)性分別為1.9和3.0，差值為1.1小于1.7，形成共價(jià)鍵，
故答案為：共價(jià)；
③將大正方體分成8個(gè)小正方體，則該晶體中銅原子和M原子之間的最短距離為小正方體的體對(duì)角線(xiàn)的一半，1個(gè)該晶體中含有4個(gè)CuCl，則該晶體的體積為$\frac{4×99.5}{ρ{N}_{A}}$cm³，晶胞的邊長(zhǎng)為$\root{3}{\frac{4×99.5}{ρ{N}_{A}}}$cmcm，小正方體的邊長(zhǎng)為$\frac{1}{2}$$\root{3}{\frac{4×99.5}{ρ{N}_{A}}}$cmcm，小正方體的體對(duì)角線(xiàn)是小正方體邊長(zhǎng)的$\sqrt{3}$倍，則小正方體的體對(duì)角線(xiàn)為$\frac{\sqrt{3}}{2}$$\root{3}{\frac{4×99.5}{ρ{N}_{A}}}$cm，則該晶體中銅原子和M原子之間的最短距離為$\frac{\sqrt{3}}{4}\root{3}{\frac{4×99.5}{ρ{N}_{A}}}$cm，即$\frac{\sqrt{3}}{4}\root{3}{\frac{4×99.5}{ρ{N}_{A}}}$×10¹⁰pm．
故答案為：$\frac{\sqrt{3}}{4}\root{3}{\frac{4×99.5}{ρ{N}_{A}}}$×10¹⁰．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及晶胞計(jì)算、電子排布式、第一電離能、雜化類(lèi)型的判斷、配合物等知識(shí)，題目難度較大，明確均攤法在晶胞計(jì)算中的應(yīng)用為解答關(guān)鍵，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)計(jì)算能力．