Question

3．化學(xué)中的某些元素與生命活動(dòng)密不可分．請(qǐng)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(zhǎng)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）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(diǎn) NiO＞FeO，推測(cè) 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(diǎn)NiO＞FeO，NiO的晶格能較大，陰離子相同，且陰、陽離子所帶電荷數(shù)相同，所以r（Ni²⁺）＜r（Fe²⁺）．
（4）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rpm，則該晶胞的密度為 ρ=$\frac{4M}{{N}_{A}×（2\sqrt{2}r×1{0}^{-10}）^{3}}$ g/cm³．（用含M、N_A、r的計(jì)算式表示，不用化簡(jiǎn)）

Answer 1

分析 （1）NH₄⁺中N原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4+$\frac{5-1-1×4}{2}$=4，則雜化軌道數(shù)目為4，SO₄^2-中S原子孤電子對(duì)數(shù)=$\frac{6+2-2×4}{2}$=0，價(jià)層電子對(duì)數(shù)=4+0=4，雜化軌道數(shù)目為4；
（2）基態(tài)鈣原子的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²2p⁶4s²；
（3）、FeO的晶體類型均與氯化鈉晶體相同，均屬于離子晶體，熔點(diǎn) NiO＞FeO，則晶格能NiO＞FeO，陰離子相同，且陰、陽離子所帶電荷數(shù)相同，離子半徑越小，晶格能越大；
（4）由堆積方式可知為ABCABCABC型堆積方式，為面心立方密堆積，配位數(shù)為12，根據(jù)均攤法計(jì)算晶胞中原子數(shù)目，表示出晶胞質(zhì)量，處于晶胞面對(duì)角線上的原子相鄰，原子半徑為r pm，則晶胞棱長(zhǎng)為4r pm×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=2$\sqrt{2}$r pm，再根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算．

解答 解：（1）NH₄⁺中N原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4+$\frac{5-1-1×4}{2}$=4，則雜化軌道數(shù)目為4，SO₄^2-中S原子孤電子對(duì)數(shù)=$\frac{6+2-2×4}{2}$=0，價(jià)層電子對(duì)數(shù)=4+0=4，雜化軌道數(shù)目為4，所以N、S原子雜化方式都是sp³雜化，SO₄^2-中S原子價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)是4，沒有孤電子對(duì)，則應(yīng)為正四面體結(jié)構(gòu)，
故答案為：sp³、sp³；正四面體；
（2）基態(tài)鈣原子的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²2p⁶4s²，M層排滿應(yīng)該是18個(gè)電子，N層排滿應(yīng)該是32個(gè)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）NiO、FeO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，熔點(diǎn) NiO＞FeO，則晶格能NiO＞FeO，陰離子相同，且陰、陽離子所帶電荷數(shù)相同，離子半徑越小，晶格能越大，所以r（Ni²⁺）＜r（Fe²⁺），
故答案為：r（Ni²⁺）＜r（Fe²⁺）；NiO、FeO都是離子晶體，熔點(diǎn)NiO＞FeO，NiO的晶格能較大，陰離子相同，且陰、陽離子所帶電荷數(shù)相同，所以r（Ni²⁺）＜r（Fe²⁺）；
（4）由堆積方式可知為ABCABCABC型堆積方式，為面心立方密堆積，配位數(shù)為12，
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=$\frac{4M}{{N}_{A}}$g，原子半徑為r pm，則晶胞棱長(zhǎng)為4r pm×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=2$\sqrt{2}$r pm，則晶胞密度ρ=$\frac{4M}{{N}_{A}}$g÷（2$\sqrt{2}$r×10^-10cm）³=$\frac{4M}{{N}_{A}×（2\sqrt{2}r×1{0}^{-10}）^{3}}$g/cm³，
故答案為：12；$\frac{4M}{{N}_{A}×（2\sqrt{2}r×1{0}^{-10}）^{3}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及核外電子排布、雜化方式與空間構(gòu)型的判斷、晶體類型與性質(zhì)晶胞的計(jì)算等，需要學(xué)生具有一定的空間想象與數(shù)學(xué)計(jì)算能力，題目難度中等．