Question

12．化學(xué)中的某些元素與生命活動密不可分．請回答下列問題：
（1）（NH₄）₂SO₄是一種重要的化學(xué)肥料，其中N、S原子的雜化方式分別是sp³、sp³，SO₄^2-的空間構(gòu)型為正四面體．
（2）鈣是兒童生長不可缺少的元素，基態(tài)鈣原子中，電子沒有全充滿的能層是M能層和N能層．
（3）蛋白質(zhì)中含有N、P等元素，它們分別形成的簡單氣態(tài)氫化物鍵角大小關(guān)系是NH₃＞PH₃（用化學(xué)式表示），原因是中心原子的電負(fù)性N＞P，使得NH₃中成鍵電子對偏向中心N原子，成鍵電子對間產(chǎn)生的斥力增大，鍵角增大．
（4）金屬鐵、鎳及其形成的許多化合物常用作催化劑．已知NiO、FeO的晶體類型均與氯化鈉晶體相同，熔點 NiO＞FeO，推測 Ni²⁺和 Fe²⁺離子半徑的大小關(guān)系是r（Ni²⁺）＜r（Fe²⁺），作出判斷的依據(jù)是NiO、FeO都是離子晶體，熔點NiO＞FeO，NiO的離子鍵能較大，陰離子相同，且陰、陽離子所帶電荷數(shù)相同，所以r（Ni²⁺）＜r（Fe²⁺）．
（5）某金屬是抗癌藥物中的明星元素，其晶體中原子的堆積方式如圖所示．晶胞中金屬原子的配位數(shù)為12．若已知金屬的摩爾質(zhì)量為M g/mol，阿伏加德羅常數(shù)為N_A，原子半徑為r pm，則該晶胞的密度為 p=$\frac{\frac{4M}{{N}_{A}}}{（2\sqrt{2}×1{0}^{-10}）^{3}}$ g/cm³．（用含M、N_A、r的計算式表示，不用化簡）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)價層電子對互斥理論確定N、S原子雜化方式及SO₄^2-的空間構(gòu)型；
（2）Ca原子的M能層有8個電子和N能層有2個電子；
（3）根據(jù)電負(fù)性以及成鍵電子對的排斥作用分析；
（4）離子半徑越小，電荷越多，離子晶體的晶格能越大，熔沸點越高；
（5）由晶胞圖可知，該晶體中原子的堆積方式為面心立方最密堆積，其配位數(shù)為12；設(shè)其變長為acm，則a²+a²=（4r×10^-10）²，V=a³，ρ=$\frac{m}{V}$．

解答 （1）（NH₄）₂SO₄中銨根離子中N原子價層電子對個數(shù)是4、SO₄^2-中S原子價層電子對個數(shù)是4，所以N、S原子雜化方式都是sp³雜化，SO₄^2-中S原子價層電子對個數(shù)是4，沒有孤電子對，則應(yīng)為正四面體結(jié)構(gòu)；
故答案為：sp³、sp³；正四面體；
（2）Ca原子的M能層有8個電子和N能層有2個電子，M層排滿應(yīng)該是18個電子，N層排滿應(yīng)該是32個電子，所以沒有排滿的電子層為M能層和N能層；
故答案為：M能層和N能層；
（3）已知元素的非金屬性N＞P，非金屬性越強，其電負(fù)性越強，則中心原子的電負(fù)性N＞P，N的電負(fù)性較強吸引電子能力較強，使得NH₃中成鍵電子對偏向中心N原子，成鍵電子對間產(chǎn)生的斥力增大，鍵角增大，所以鍵角NH₃＞PH₃；
故答案為：NH₃＞PH₃；中心原子的電負(fù)性N＞P，使得NH₃中成鍵電子對偏向中心N原子，成鍵電子對間產(chǎn)生的斥力增大，鍵角增大；
（4）Ni0、Fe0的晶體結(jié)構(gòu)類型均與氯化鈉的相同，說明二者都是離子晶體，離子晶體的熔點與晶格能有關(guān)，離子所帶電荷數(shù)越多，離子半徑越小，晶格能越大，熔點越高．由于Ni²⁺的離子半徑小于Fe²⁺的離子半徑，所以熔點是NiO＞FeO，
故答案為：r（Ni²⁺）＜r（Fe²⁺）；NiO、FeO都是離子晶體，熔點NiO＞FeO，NiO的離子鍵能較大，陰離子相同，且陰、陽離子所帶電荷數(shù)相同，所以r（Ni²⁺）＜r（Fe²⁺）；
（5）由晶胞圖可知，該晶體中原子的堆積方式為面心立方最密堆積，其配位數(shù)為12；
設(shè)其變長為acm，則a²+a²=（4r×10^-10）²，V=a³=（2$\sqrt{2}$r×0^-10）³，
晶胞中原子數(shù)為$\frac{1}{2}$×6+$\frac{1}{8}$×8=4，晶胞的質(zhì)量為m=$\frac{4M}{{N}_{A}}$，
所以ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{4M}{{N}_{A}}}{（2\sqrt{2}×1{0}^{-10}）^{3}}$；
故答案為：$\frac{\frac{4M}{{N}_{A}}}{（2\sqrt{2}×1{0}^{-10}）^{3}}$．

點評 本題考查了物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，涉及核外電子排布、晶格能的比較、雜化類型的判斷、晶體性質(zhì)、晶胞的計算等，旨在考查學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握，側(cè)重考查分析計算能力及空間想象能力，題目難度中等．