Question

14．物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)的性質(zhì)．請回答下列涉及物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的問題：
（1）基態(tài)Cu²⁺的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹，其最外電子層的電子數(shù)為17．
（2）利用價層電子對互斥理論（VSEPR theory）預(yù)測多原子分子或離子立體構(gòu)型時，認(rèn)為價層電子間互斥力（F）的大小決定了夾角（∠）的大小：F（孤電子對間）＞F（孤電子對-雙鍵電子）＞F（雙鍵電子-單鍵電子）＞F（單鍵電子間），則a．∠（孤-孤夾角）、b．∠（孤-雙夾角）、c．∠（雙-單夾角）、d．∠（單-單夾角）由大到小的排序為abcd（填編號）；XeF₄中Xe價層電子數(shù)為6對，畫出其VSEPR模型（含中心原子的孤電子對）．
（3）在圖1中，除NH₃、H₂O、HF外的同主族氫化物的沸點隨周期數(shù)增大而升高的原因是同為分子晶體，物質(zhì)的組成與結(jié)構(gòu)相似，相對分子質(zhì)量越大，分子間作用力越大；
已知固態(tài)NH₃、H₂O、HF的氫鍵鍵能和結(jié)構(gòu)如表：

物質(zhì)	氫鍵X-H…Y	鍵能/kJ•mol-1
（HF）n	F-H…F	28.1
冰	O-H…O	18.8
（NH3）n	N-H…N	5.4

根據(jù)如表固態(tài)NH₃、H₂O、HF的結(jié)構(gòu)示意圖解釋H₂O、HF、NH₃沸點依次降低的原因：單個氫鍵的鍵能是（HF）n＞冰＞（NH₃）_n，而平均每個分子含氫鍵數(shù)：冰中2個，（HF）_n和（NH₃）_n只有1個，氣化要克服的氫鍵的總鍵能是冰＞（HF）_n＞（NH₃）_n．
（4）石墨型BN呈白色，亦稱“白石墨”，“白石墨”在一定條件下可轉(zhuǎn)化為金剛石型BN．“白石墨”的結(jié)構(gòu)示意圖和晶胞如圖2（中圖是晶胞底面從“白石墨”中的截取情況），則“白石墨”的密度為$\frac{100}{\sqrt{3}{N}_{A}{a}^{2}b}$g•cm^-3（以含a、b的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)Cu的電子排布式書寫Cu²⁺離子的電子排布式，注意原子形成離子先失去高能層中高能級電子，并可據(jù)此判斷其M電子層的電子數(shù)；
（2）使得價層電子對間的孤電子對斥力最小，則孤電子對應(yīng)處于相對的位置，孤對電子間的排斥力較大，根據(jù)價層電子對互斥理論判斷構(gòu)型，據(jù)此判斷；
（3）同主族氫化物一般都是分子晶體，除NH₃、H₂O、HF外，分子的相對分子質(zhì)量越大，分子間的作用力越大，所以其沸點隨周期數(shù)增大而升高，在NH₃、H₂O、HF中，氨分子只有一對孤電子對，氟化氫分子只有一個氫原子，水分子有兩個氫原子和兩對孤電子對，所以每摩爾氨氣和氟化氫中都有1mol氫鍵，而每摩爾水中有2mol氫鍵，所以每摩爾水中含有氫鍵的鍵能為18.8kJ•mol^-1×2=37.6kJ•mol^-1，每摩爾NH₃中含有氫鍵的鍵能為5.4kJ•mol^-1，每摩爾HF中含有氫鍵的鍵能為28.1kJ•mol^-1，每摩爾物所含氫鍵鍵能越大，即分子間作用力越大，則沸點越高，據(jù)此判斷；
（4）根據(jù)石墨型BN的晶體結(jié)構(gòu)可知，每個B原子周圍有3個σ鍵、沒有孤電子，N原子周圍有3個σ鍵，沒有孤電子，根據(jù)$ρ=\frac{m}{V}$計算密度．

解答 解：（1）Cu是29號元素，原子核外電子數(shù)為29，Cu²⁺離子的電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹，其M電子層的電子數(shù)為17，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹；17；
（2）使得價層電子對間的孤電子對斥力最小，孤對電子間的排斥力較大，故鍵角由大到小為abcd，則XeF₄分子中四個成鍵電子對處于同一平面上，兩對孤對電子在上方和下方，理想構(gòu)型為三角雙錐形，VSEPR模型，
故答案為：abcd；；
（3）同主族氫化物一般都是分子晶體，除NH₃、H₂O、HF外，分子的相對分子質(zhì)量越大，分子間的作用力越大，所以其沸點隨周期數(shù)增大而升高，在NH₃、H₂O、HF中，氨分子只有一對孤電子對，氟化氫分子只有一個氫原子，水分子有兩個氫原子和兩對孤電子對，所以每摩爾氨氣和氟化氫中都有1mol氫鍵，而每摩爾水中有2mol氫鍵，所以每摩爾水中含有氫鍵的鍵能為18.8kJ•mol^-1×2=37.6kJ•mol^-1，每摩爾NH₃中含有氫鍵的鍵能為5.4kJ•mol^-1，每摩爾HF中含有氫鍵的鍵能為28.1kJ•mol^-1，每摩爾物所含氫鍵鍵能越大，即分子間作用力越大，則沸點越高，所以H₂O、HF、NH₃沸點由高到低的順序依次為H₂O＞HF＞NH₃，
故答案為：同為分子晶體，物質(zhì)的組成與結(jié)構(gòu)相似，相對分子質(zhì)量越大，分子間作用力越大；單個氫鍵的鍵能是（HF）n＞冰＞（NH₃）_n，而平均每個分子含氫鍵數(shù)：冰中2個，（HF）_n和（NH₃）_n只有1個，氣化要克服的氫鍵的總鍵能是冰＞（HF）_n＞（NH₃）_n；
（4）根據(jù)石墨型BN的晶體結(jié)構(gòu)可知，每個B原子周圍有3個σ鍵、沒有孤電子，所以B原子按sp²雜化，N原子周圍有3個σ鍵，沒有孤電子，在BN晶胞中含有原子數(shù)共為$4×\frac{1}{12}$+4×$\frac{1}{6}$+2×$\frac{1}{3}$+2×$\frac{1}{6}$+1+1=10，其中半是B原子，一半是N原子，由于晶胞的下底面為內(nèi)角為60°的棱形，所以晶胞的體積為$\frac{\sqrt{3}}{2}{a}^{2}b$，根根據(jù)$ρ=\frac{m}{V}$可知，其密度為$\frac{\frac{5×（11+14）}{{N}_{A}}}{\frac{\sqrt{3}}{2}{a}^{2}b}$g•cm^-3=$\frac{100}{\sqrt{3}{N}_{A}{a}^{2}b}$g•cm^-3，
故答案為：$\frac{100}{\sqrt{3}{N}_{A}{a}^{2}b}$g•cm^-3．

點評 本題考查核外電子排布、氫鍵、晶胞結(jié)構(gòu)、性質(zhì)等知識的應(yīng)用，題目綜合性較強，晶胞的結(jié)構(gòu)分析和計算是難點，題目難度中等．