Question

14．金屬鋁、鐵、銅與人類生產(chǎn)、生活息息相關(guān)．
（1）基態(tài)鋁原子核處在能量最高的能級(jí)上的電子共有1種不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，工業(yè)電解熔融氧化鋁時(shí)要添加助熔劑Na₃[AlF₆]．由氟化鈉和硫酸鋁可以抽取Na₃[AlF₆]，反應(yīng)的化學(xué)方程式為12NaF+Al₂（SO₄）₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Na₃AlF₆+3Na₂SO₄．
（2）聚合硫酸鐵（簡(jiǎn)稱PFS）的化學(xué)式為[Fe（OH）_n（SO₄）_（3-n）]_m，是常用的水處理劑，與PFS中鐵元素價(jià)態(tài)相同的鐵離子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵或[Ar]3d⁵，SO₄^2-的空間構(gòu)型是空間正四面體．
（3）下列關(guān)于[Cu（NH₃）₄]SO₄、K₄[Fe（CN）₆]、Na₃[AlF₆]的說(shuō)法中正確的有ad（填字母）．
    a．三種物質(zhì)中含有的化學(xué)鍵類型均有離子鍵和配位鍵
    b．三種物質(zhì)的組成元素中電負(fù)性最大與最小的兩種非金屬元素形成的晶體屬于離子晶體
    c．三種物質(zhì)的組成元素中第一電離能最大的是氮元素
    d．K₄[Fe（CN）₆]與Na3[AlF₆]的中心離子具有相同的配位數(shù)
（4）某種含Cu²⁺的化合物可催化氧化丙烯醇（HOCH₂CH=CH₂）制備丙醛（CH₃CH₂CHO），在丙烯醇中共有9個(gè)σ鍵，其中碳原子的雜化方式是sp²、sp³．
（5）用晶體的X射線衍射法可以測(cè)得阿伏加德羅常數(shù)的值．對(duì)金屬銅的測(cè)定得到以下結(jié)果：銅晶胞為面心立方最密堆積，邊長(zhǎng)為361pm．又知銅的密度為9.0g/cm³，則銅原子的直徑為$\frac{361}{\sqrt{2}}$pm，阿伏加德羅常數(shù)的值為6.05×10²³．

Answer 1

分析 （1）鋁是13號(hào)元素，根據(jù)核外電子排布規(guī)律分析，鋁基態(tài)原子核外能量最高的能級(jí)為3p，排布了1個(gè)電子，有1種不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；首先根據(jù)反應(yīng)原理找出反應(yīng)物、生成物、反應(yīng)條件，根據(jù)化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)方法、步驟進(jìn)行書(shū)寫(xiě)即可；
（2）鐵有兩種陽(yáng)離子，亞鐵離子在空氣中不能穩(wěn)定存在，而鐵離子在空氣中科院穩(wěn)定存在，可以推斷化合價(jià)為+3價(jià)，據(jù)此書(shū)寫(xiě)鐵離子的電子排布式；根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥模型判斷SO₄^2-的空間結(jié)構(gòu)；
（3）a．均含金屬離子與配位離子之間的離子鍵，配位離子中含配位鍵；
b．電負(fù)性最大的為F，電負(fù)性最小的為氫；
c．非金屬性最強(qiáng)的為F，其電負(fù)性最大，第一電離能最大；
d．由化學(xué)式可知，配位數(shù)均為6；
（4）有機(jī)物中C=C鍵中含有1個(gè)σ鍵和1個(gè)π鍵；根據(jù)雜化理論在丙烯醇中構(gòu)成C=C的兩個(gè)碳原子是sp²雜化，另一個(gè)C為sp³雜化；
（5）根據(jù)銅晶胞為面心立方最密堆積，由邊長(zhǎng)可計(jì)算出晶胞的體積，根據(jù)m=ρ×V計(jì)算質(zhì)量，由晶胞可知Cu原子在頂點(diǎn)和面心，以此計(jì)算．

解答 解：（1）鋁是13號(hào)元素，其基態(tài)原子的電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p¹，原子核外能量最高的能級(jí)為3p，排布了1個(gè)電子，有1種不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，硫酸鋁和氟化鈉（NaF）在熔融條件下反應(yīng)生成冰晶石（Na₃AlF₆），同時(shí)得到硫酸鈉，化學(xué)方程式為：12NaF+Al₂（SO₄）₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Na₃AlF₆+3Na₂SO₄，
故答案為：1；12NaF+Al₂（SO₄）₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Na₃AlF₆+3Na₂SO₄；
（2）絮狀物在空氣之中能穩(wěn)定存在說(shuō)明為鐵離子，因?yàn)閬嗚F離子在空氣中不穩(wěn)定，故鐵的化合價(jià)為+3價(jià)，鐵離子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵，SO₄^2-中S原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為$\frac{6+2}{2}$=4，所以S原子的雜化方式為sp³雜化，SO₄^2-空間構(gòu)型為正四面體，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵；空間正四面體；
（3）a．[Cu（NH₃）₄]SO₄、K₄[Fe（CN）₆]、Na₃[AlF₆]晶體都為配位化合物，晶體中存在化學(xué)鍵類型都為配位鍵和離子鍵，故a正確；
b．電負(fù)性最大的為F，電負(fù)性最小的為氫，形成的晶體屬于分子晶體，故b錯(cuò)誤；
c．三種物質(zhì)的組成元素中第一電離能最大的是氟元素，故c錯(cuò)誤；
d．K₄[Fe（CN）₆]與Na₃[AlF₆]的中心離子具有相同的配位數(shù)，均為6，故d正確；
故答案為：ad；
（4）C=C鍵中含有1個(gè)σ鍵和1個(gè)π鍵，則丙烯醇（CH₂=CHCH₂OH）中共有9個(gè)σ鍵和1個(gè)π鍵，丙烯醇（CH₂=CHCH₂OH）中構(gòu)成C=C的兩個(gè)碳原子是sp²雜化，另一個(gè)C為sp³雜化，
故答案為：9； sp²、sp³；
（5）根據(jù)銅晶胞為面心立方最密堆積，由邊長(zhǎng)可計(jì)算出晶胞的體積V=（361 pm）³≈4.70×10^-23 cm³，根據(jù)m=ρ×V=9.00 g•cm^-3×4.70×10^-23cm³=4.23×10^-22g；
由于一個(gè)銅晶胞中含有的銅原子數(shù)為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4（個(gè)），每個(gè)銅原子的體積約為=4.70×10^-23 cm³÷4=1.18×10^-23 cm³，則$\frac{1}{6}$×π×d³=1.18×10^-23 cm³，解得銅原子的直徑d=$\frac{361}{\sqrt{2}}$pm≈255pm；N_A=$\frac{63.6g/mol}{\frac{1}{4}×4.23×1{0}^{-22}g}$≈6.05×10²³mol^-1，
故答案為：$\frac{361}{\sqrt{2}}$或255；6.05×10²³．

點(diǎn)評(píng) 本題考查晶胞計(jì)算及物質(zhì)結(jié)構(gòu)，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重選修三物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及電子排布、雜化及晶胞計(jì)算等，注重高頻考點(diǎn)的考查，綜合性較強(qiáng)，（5）為解答難點(diǎn)，題目難度中等．