Question

4．硼及其化合物在工業(yè)上有許多用途．工業(yè)上以鐵硼礦為原料制備硼酸，鐵硼礦含有Mg、Fe、Ca、Al、B、O等多種元素，它的主要成分為Mg₂B₂O₅•H₂O和Fe₃O₄．
（1）基態(tài)鐵原子的外圍電子層排布為3d⁶4s²，該元素位于元素周期表中的第Ⅷ族，在水溶液中常以Fe²⁺、Fe³⁺的形式存在，其中Fe³⁺更穩(wěn)定．
（2）以硼酸為原料可制得NaBH₄，B原子的雜化方式為sp³．
（3）工業(yè)上冶煉鋁不用氯化鋁，因?yàn)槁然�鋁易升華，其雙聚物Al₂Cl₆結(jié)構(gòu)如圖1所示．1mol該分子中含2N_A 個(gè)配位鍵，該分子否（填“是”或“否”）平面型分子．
（4）依據(jù)第二周期元素第一電離能的變化規(guī)律，參照?qǐng)D2中B、C、O、F元素的位置，用小黑點(diǎn)表示N元素的相對(duì)位置．
（5）Al單質(zhì)為面心立方晶體，其晶體參數(shù)a=0.405nm，列式表示Al單質(zhì)的密度：2.7g•cm^-3．

Answer 1

分析 （1）Fe元素原子核外電子數(shù)為26，根據(jù)能量最低原理書(shū)寫(xiě)其價(jià)電子排布式，確定在周期表中位置；Fe³⁺離子3d為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，比較穩(wěn)定；
（2）NaBH₄中B原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4+$\frac{3+1-1×4}{2}$=4，雜化軌道數(shù)目為4；
（3）Al₂Cl₆結(jié)構(gòu)中黑色球?yàn)锳l原子、白色球?yàn)镃l原子，Al原子與Cl原子之間形成3個(gè)共價(jià)鍵、1個(gè)配位鍵，Al原子雜化軌道數(shù)目為4；
（4）同周期隨原子序數(shù)增大，元素第一電離能呈增大趨勢(shì)，氮元素原子2p能級(jí)為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，第一電離能高于同周期相鄰元素的，故第一電離能B＜C＜O＜N；
（5）根據(jù)均攤法計(jì)算晶胞中Al原子數(shù)目，進(jìn)而計(jì)算晶胞質(zhì)量，再根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算晶胞密度．

解答 解：（1）Fe元素原子核外電子數(shù)為26，根據(jù)能量最低原理，其價(jià)電子排布式為3d⁶4s²，在周期表中位于第Ⅷ族，F(xiàn)e³⁺離子3d為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，比較穩(wěn)定；
故答案為：3d⁶4s²；Ⅷ；Fe³⁺；
（2）NaBH₄中B原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4+$\frac{3+1-1×4}{2}$=4，雜化軌道數(shù)目為4，其雜化方式為：sp³，
故答案為：sp³；
（3）Al₂Cl₆結(jié)構(gòu)中黑色球?yàn)锳l原子、白色球?yàn)镃l原子，Al原子與Cl原子之間形成3個(gè)共價(jià)鍵、1個(gè)配位鍵，Al原子雜化軌道數(shù)目為4，1mol該分子中含2N_A個(gè)配位鍵，該分子不是平面型分子，
故答案為：2N_A；否；
（4）同周期隨原子序數(shù)增大，元素第一電離能呈增大趨勢(shì)，氮元素原子2p能級(jí)為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，第一電離能高于同周期相鄰元素的，故第一電離能B＜C＜O＜N，表示N元素的相對(duì)位置為：，
故答案為：；
（5）Al單質(zhì)為面心立方晶體，晶胞中Al原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+5×$\frac{1}{2}$=4，晶胞質(zhì)量為4×$\frac{27}{6.02×1{0}^{23}}$g，其晶體參數(shù)a=0.405nm，則晶胞密度為4×$\frac{27}{6.02×1{0}^{23}}$g÷（0.405×10^-7 cm）³=2.7g/cm³，
故答案為：2.7．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及核外電子排布、雜化方式與空間構(gòu)型判斷、化學(xué)鍵、電離能、晶胞計(jì)算等，注意同周期第一電離能異常情況，熟記中學(xué)常見(jiàn)晶胞結(jié)構(gòu)，難度中等．