Question

4．碳、鎂、鎳在工業(yè)生產(chǎn)和科研領(lǐng)域有廣泛用途．請回答下列問題：
（1）基態(tài)碳原子中，能量最高的電子所占用的能級符號為2p；該能級中原子軌道的電子云形狀為啞鈴形（或紡錘形）．
（2）從石墨中可剝離出由單層碳原子構(gòu)成的石墨烯，石墨烯中碳原子和共價鍵的數(shù)目之比為2：3．
（3）Mg²⁺能形成多種配合物和配離子，如Na₄[Mg（PO₃）₄]、Mg[EDTA]^2- EDTA的結(jié)構(gòu)簡式為（）等．
①PO₃^-的立體構(gòu)型為平面三角形，其中心原子的雜化軌道類型為sp²，其中雜化軌道的作用為形成σ鍵．
②是常用的分析試劑．其中位于同周期的三種基態(tài)原子第一電離能由小到大的順序為C＜O＜N（用元素符號表示）；這三種元素形成的一種離子與CS₂互為等電子體，該離子符號為OCN^-．
（4）晶體鎂的堆積模型為六方最密堆積；其中鎂原子的配位數(shù)為12．
（5）碳、鎂、鎳形成的某晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示．若晶體密度為ρg•cm^-1，阿伏伽德羅常數(shù)的值為N_A，則晶胞參數(shù)a=$\root{3}{\frac{213}{ρ{N}_{A}}}×1{0}^{10}$pm（用代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 （1）基態(tài)C原子的核外電子排布式為1s²2s²2p²，能量最高的電子所占用的能級為2p；p軌道的電子云形狀為啞鈴形（或紡錘形）；
（2）石墨中可剝離出由單層碳原子構(gòu)成的石墨烯，根據(jù)均攤法，一個C原子占有共價鍵1.5mol，因此石墨烯中碳原子和共價鍵的數(shù)目之比為$1：\frac{3}{2}$；
（3）①根據(jù)VSEPR理論和雜化軌道理論判斷PO₃^-的空間構(gòu)型，其中，雜化軌道的作用就是形成σ鍵；
②同周期主族元素的第一電離能向右呈增大的趨勢，但第IIA族和第VA族反常；等電子體粒子求法通常采用上下左右元素平移法，同時調(diào)控電子得到；
（4）金屬Mg的堆積模型為六方最密堆積；對于六方最密堆積，在一個Mg上，存在三個面，每個面均有4個等徑相近的Mg，因此Mg的配位數(shù)為3×4=12；
（5）根據(jù)晶體密度的求解公式：$ρ=\frac{z{M}_{r}}{{N}_{A}V}$求解，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）基態(tài)C原子的核外電子排布式為1s²2s²2p²，能量最高的電子所占用的能級為2p，符號為2p；p軌道有3個，其電子云形狀為啞鈴形（或紡錘形），
故答案為：2p；啞鈴形（或紡錘形）；
（2）石墨層中剝離出的C原子，是sp²雜化，一個C形成3根共價鍵，根據(jù)均攤法，平均一個C占有$\frac{3}{2}$個共價鍵，則石墨烯中碳原子和共價鍵的數(shù)目之比為$1：\frac{3}{2}$，即2：3，
故答案為：2：3；
（3）①根據(jù)VSEPR理論，對于PO₃^-，其鍵合電子對數(shù)為BP=3，孤電子對數(shù)為$LP=\frac{5-2×3+1}{2}$=0，則其價電子對數(shù)為VP=BP+LP=3+0=3，根據(jù)雜化軌道理論，中心原子P為sp²雜化，其空間構(gòu)型為平面三角形，其中雜化軌道的作用為形成σ鍵，
故答案為：平面三角形；sp²；形成σ鍵；
②乙二胺四乙酸是常用的分析試劑，其中位于同周期的三種基態(tài)原子分別為C、N、O，三種基態(tài)原子第一電離能由小到大的順序為C＜O＜N；等電子體是指原子數(shù)相同，價電子數(shù)相同的粒子，則與CS₂互為等電子體的粒子為OCN^-或ONC^-，前者為氰酸根離子，后者為雷酸根離子，二者均為擬鹵離子，
故答案為：C＜O＜N；OCN^-（或ONC^-）；
（4）金屬Mg的堆積模型為六方最密堆積；對于六方最密堆積，在一個Mg上，存在三個面，每個面均有4個等徑相近的Mg，因此Mg的配位數(shù)為3×4=12，
故答案為：六方最密堆積；12；
（5）立方晶胞，頂點粒子占$\frac{1}{8}$，面心粒子占$\frac{1}{2}$，晶胞內(nèi)部原子為整個晶胞所有，則一個晶胞中，含有Ni的數(shù)目為$6×\frac{1}{2}=3$，含有Mg的數(shù)目為$8×\frac{1}{8}=1$，含有C的數(shù)目為1，取1mol晶胞，則1mol晶胞的質(zhì)量為m=3×59+1×24+1×12=213g，1mol晶胞含有N_A個晶胞，一個晶胞的體積為${V}_{0}={a}^{3}$cm³，已知晶體密度為$ρ=\frac{m}{{N}_{A}{V}_{0}}$=$\frac{213}{{N}_{A}•{a}^{3}}g/c{m}^{3}$，則晶胞參數(shù)$a=\root{3}{\frac{213}{ρ{N}_{A}}}$cm=$\root{3}{\frac{213}{ρ{N}_{A}}}×1{0}^{10}pm$，
故答案為：$\root{3}{\frac{213}{ρ{N}_{A}}}×1{0}^{10}$．

點評 本題主要考察物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識，包含原子軌道，均攤法的應(yīng)用，雜化軌道理論，價層電子對互斥理論，等電子體原理，晶胞的計算．題目考查較為綜合，題目難度中等，是中檔題．