Question

12．鋁是中學化學中常見的金屬元素，具有廣泛用途．
回答下列問題：
（1）基態(tài)鋁原子核外電子云的伸展方向有4種；電子占據(jù)的最高能層符號是M，該能層具有的原子軌道數(shù)為4，該能層電子的軌道表達式為．
（2）AlCl₃•NH₃和AlCl₄^-中均含有配位鍵．
①第一電離能：Al＜ Cl（填“＞”或“＜”）．
②在AlCl₃•NH₃中，提供空軌道的原子為Al；NH₃中的共價鍵類型為σ鍵．
③AlCl₄中Al原子的雜化軌道類型為sp³．
④AlCl₄^-和[（CH₃）₃NH]可形成離子液體．離子液體由陰、陽離子構(gòu)成，熔點低于100℃，可作為溶劑或?qū)щ娨后w．下列關于離子液體的說法正確的是B、C（填標號）．
A屬于分子晶體            B．[（CH₃）₃NH]⁺中含配位鍵
C．是“綠色”溶劑    D．揮發(fā)性比有機溶劑大
（3）金屬鋁的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，則晶體鋁中原子的堆積方式為面心立方最密堆積．已知“鋁原子半徑為dcm，阿伏加德羅常數(shù)的值為N_A，則晶體鋁的密度ρ=$\frac{27}{4\sqrt{2}{N}_{A}vakjxbe^{3}}g/c{m}^{3}$．

Answer 1

分析 （1）Al位于周期表中第3周期，第IIIA族，其核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p¹，電子占據(jù)最高的能層為M，價電子排布式為3s²3p¹；
（2）①第一電離能對于同周期主族元素，從左到右呈增大的趨勢，第IIA族和VA族出現(xiàn)反常；
②Al本身為缺電子結(jié)構(gòu)，Al經(jīng)過sp³雜化以后，還有一個空p軌道，可接受孤電子對形成配位鍵，NH₃分子中的共價鍵均為單鍵；
③根據(jù)VSEPR理論和雜化軌道理論判斷AlCl₄^-中Al原子的雜化軌道類型；
④A．液體不是晶體；
B．N上有一對孤電子對，可與H⁺的空軌道形成配位鍵；
C．形成離子液體可作為溶劑或?qū)щ娨后w，可認為是綠色溶劑；
D．離子液體的熔點低于100℃，揮發(fā)性不一定比有機溶劑大；
（3）根據(jù)金屬鋁的晶胞結(jié)構(gòu)圖分析，Al原子在晶胞中的堆積方式為面心立方最密堆積，根據(jù)晶體密度公式$ρ=\frac{z{M}_{r}}{{N}_{A}V}$計算，其中z為一個晶胞的粒子數(shù)，Mr為一個粒子的相對質(zhì)量，V為一個晶胞的體積．

解答 解：（1）Al位于周期表中第3周期，第IIIA族，其核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p¹，核外有原子軌道有1s，2s，2p，3s，3p，s軌道一種方向，p軌道3種方向，則一共有4種伸展方向，
電子占據(jù)最高的能層為M，
M層有原子軌道為3s和3p，其中含有的軌道數(shù)目為1+3=4，
該能層電子的軌道表達式為：，
故答案為：4；M；4；；
（2）①第一電離能對于同周期主族元素，從左到右呈增大的趨勢，第IIA族和VA族出現(xiàn)反常，則第一電離能為Al＜Cl，
故答案為：＜；
②Al本身為缺電子結(jié)構(gòu)，Al經(jīng)過sp³雜化以后，還有一個空p軌道，可接受孤電子對形成配位鍵，NH₃分子中的共價鍵均為單鍵，因此均為σ鍵，
故答案為：Al；σ鍵；
③對于AlCl₄^-，根據(jù)VSEPR理論，中心Al原子的配位原子數(shù)為BP=4，孤電子對數(shù)為LP=$\frac{3-1×4+1}{2}$=0，則價電子對數(shù)為VP=BP+LP=4+0=4，根據(jù)雜化軌道理論，中心Al原子的雜化方式為sp³雜化，
故答案為：sp³；
④A．液體不是晶體，故A錯誤；
B．N上有一對孤電子對，可與H⁺的空軌道形成配位鍵，故B正確；
C．形成離子液體可作為溶劑或?qū)щ娨后w，可認為是綠色溶劑，故C正確；
D．離子液體的熔點低于100℃，揮發(fā)性不一定比有機溶劑大，不能一概而論，故D錯誤；
故選BC；
（3）根據(jù)金屬鋁的晶胞結(jié)構(gòu)圖分析，Al原子在晶胞中的堆積方式為面心立方最密堆積，
取1mol晶胞，則含有N_A個晶胞，對于立方晶胞，頂點粒子占$\frac{1}{8}$，面心粒子占$\frac{1}{2}$，根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)，則一個晶胞中含有的Al的數(shù)目為$8×\frac{1}{8}+6×\frac{1}{2}$=4，因此1mol晶胞的質(zhì)量為m=4×27g，根據(jù)立體幾何知識，考慮到Al原子的堆積方式為面心立方最密堆積，設晶胞參數(shù)為acm，不難得出關系：4d=$\sqrt{2}a$，則a=2$\sqrt{2}d$cm，一個晶胞的體積為V₀=a³cm³=$（2\sqrt{2}d）^{3}$cm³=$16\sqrt{2}ougptxj^{3}$cm³，所以晶體的密度為$ρ=\frac{m}{{N}_{A}{V}_{0}}$=$\frac{4×27}{16\sqrt{2}zdlxegl^{3}{N}_{A}}g/c{m}^{3}$=$\frac{27}{4\sqrt{2}{N}_{A}xahvzah^{3}}g/c{m}^{3}$，
故答案為：面心立方最密堆積；$\frac{27}{4\sqrt{2}{N}_{A}iwzgsuf^{3}}g/c{m}^{3}$．

點評 本題考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識，包含核外電子排布式，第一電離能的比較，價層電子對互斥理論，雜化軌道理論，晶體的性質(zhì)，晶胞的計算，題目考查綜合分析問題的能力，注意化學知識的遷移，題目難度不大．