Question

5．Ni和Fe在工業(yè)生產(chǎn)和新型材料領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用．黃鐵礦被稱“愚人金”，化學成分是FeS₂，晶體屬正方體晶系的硫化物礦物．室溫為非活性物質(zhì)．溫度升高后變得活潑．在空氣中氧化成三氧化二鐵和二氧化硫，主要用于接觸法制造硫酸：回答下列問題：

（1）將FeS₂與稀鹽酸反應(yīng)得到H₂S₂，H₂S₂分子中，共價鍵的類型是極性共價鍵、非極性共價鍵；FeS₂氧化得到SO₂，在SO₂分子中的S原子的雜化軌道類型是sp²．^-
（2）FeS₂的晶體中的Fe²⁺離子的排列方式如圖1所示：
①每個Fe²⁺周圍最近的等距離的S₂^2-離子有6個．
②已知FeS₂的晶胞參數(shù)是a₀=0.54nm，它的密度為5.06g•cm^-3（列式并計算，阿伏加德羅常數(shù)為6.02×10²³）．
（3）NiO晶體結(jié)構(gòu)與NaCl晶體類似，其晶胞的棱長為a cm，則該晶體中距離最近的兩個陽離子核間的距離為$\frac{\sqrt{2}}{2}$a（用含有a的代數(shù)式表示）．在一定溫度下，NiO晶體可以自發(fā)地分散并形成“單分子層”（如圖2），可以認為氧離子作密致單層排列，鎳離子填充其中，列式并計算每平方米面積上分散的該晶體的質(zhì)量為1.83×10^-3g（氧離子的半徑為1.40×10^-10m，$\sqrt{3}$≈1.732）．

Answer 1

分析 （1）H₂S₂分子中，存在H-S鍵和S-S鍵，在SO₂分子中的S原子的價層電子對數(shù)為$\frac{6+0}{2}$=3，據(jù)此判斷S原子的雜化軌道類型；
（2）①FeS₂的晶體中的Fe²⁺離子的排列方式如圖1所示，每個Fe²⁺周圍最近的等距離的S₂^2-離子存在于面心；
②根據(jù)均攤法計算，一個晶胞內(nèi)含有Fe²⁺數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，含有S₂^-數(shù)目為12×$\frac{1}{4}$+1=4，再根據(jù)密度ρ=$\frac{m}{V}$計算；
（3）根據(jù)氯化鈉的結(jié)構(gòu)知，氧離子和相鄰的鎳離子之間的距離為$\frac{1}{2}$a，距離最近的兩個陽離子核間的距離是距離最近的氧離子和鎳離子距離的$\sqrt{2}$倍，根據(jù)圖片知，每個氧化鎳所占的面積=2×1.40×10^-10m×2×1.40×10^-10m×sin60°，每個氧化鎳的質(zhì)量=$\frac{74.7}{N{\;}_{A}}$g，每個氧化鎳的質(zhì)量乘以每平方米含有的氧化鎳個數(shù)就是每平方米含有的氧化鎳質(zhì)量．

解答 解：（1）H₂S₂分子中，存在H-S鍵為極性共價鍵和S-S鍵為非極性共價鍵，在SO₂分子中的S原子的價層電子對數(shù)為$\frac{6+0}{2}$=3，所以S原子的雜化軌道類型為sp²雜化，
故答案為：極性共價鍵、非極性共價鍵；sp²；
（2）①每個Fe²⁺周圍最近的等距離的S₂^2-離子存在于面心，共有6個，
故答案為：6；
②一個晶胞內(nèi)含有Fe²⁺數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，含有S₂^-數(shù)目為12×$\frac{1}{4}$+1=4，一個晶胞的質(zhì)量m=$\frac{120g/mol×4}{N{\;}_{A}}$，一個晶胞體積V=a₀³，則晶胞密度ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{120g/mol×4}{（0.54×10{\;}^{-7}cm）{\;}^{3}×6.02×10{\;}^{23}}$=5.06g•cm^-3，
故答案為：5.06．
（3）根據(jù)氯化鈉的結(jié)構(gòu)知，氧離子和相鄰的鎳離子之間的距離為$\frac{1}{2}$，距離最近的兩個陽離子核間的距離是距離最近的氧離子和鎳離子距離的$\sqrt{2}$倍，所以其距離是$\frac{\sqrt{2}}{2}$acm；根據(jù)圖片知，每個氧化鎳所占的面積=2×1.40×10^-10m×2×1.40×10^-10m×sin60°，則每平方米含有的氧化鎳個數(shù)=$\frac{1}{2.80×10{\;}^{-10}m×2.80×10{\;}^{-10}m×sin60°}$，每個氧化鎳的質(zhì)量=$\frac{74.7}{N{\;}_{A}}$g，所以每平方米含有的氧化鎳質(zhì)量═$\frac{74.7}{N{\;}_{A}}$×$\frac{1}{2.80×10{\;}^{-10}m×2.80×10{\;}^{-10}m×sin60°}$=1.83×10^-3，
故答案為：$\frac{\sqrt{2}}{2}$a，1.83×10^-3．

點評 本題考查較綜合，涉及電子排布式的書寫、雜化方式的判斷、晶胞的計算等知識點，難度較大，難點是晶胞的計算，注意（3）中氧化鎳化學式的平面結(jié)構(gòu)是平行四邊形，而不是三角形，為易錯點，．