Question

6．物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)的性質(zhì)．請(qǐng)回答下列涉及物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的問(wèn)題：
（1）基態(tài)Cu²⁺的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹，其M電子層的電子數(shù)為17．
（2）VSEPR理論認(rèn)為價(jià)層電子對(duì)間互斥力（F）大小順序：F（孤電子對(duì)間）＞F（孤電子對(duì)-成鍵電子對(duì)）＞F（成鍵電子對(duì)間），已知XeF₄中Xe價(jià)層電子對(duì)數(shù)為6，其VSEPR模型為八面體，為使得價(jià)層電子對(duì)間的孤電子對(duì)斥力最小，預(yù)測(cè)XeF₄分子中的鍵角應(yīng)為90°．
（3）除NH₃、H₂O、HF外，同主族氫化物的沸點(diǎn)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(duì)分子質(zhì)量越大，分子間作用力越大，沸點(diǎn)越高；
已知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

則如圖1H₂O、HF、NH₃沸點(diǎn)由高到低的順序依次為：H₂O＞HF＞NH₃．

（4）石墨型BN呈白色，亦稱“白石墨”．“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”中B和N的雜化方式分別為sp²和sp²，白石墨的密度為$\frac{100}{\sqrt{3}{N}_{A}{a}^{2}b}$g•cm^-3（ 已知相對(duì)原子質(zhì)量B：11  N：14     阿伏加德羅常數(shù)的數(shù)值用N_A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(jí)電子，并可據(jù)此判斷其M電子層的電子數(shù)；
（2）使得價(jià)層電子對(duì)間的孤電子對(duì)斥力最小，則孤電子對(duì)應(yīng)處于相對(duì)的位置，則XeF₄分子中四個(gè)成鍵電子對(duì)處于同一平面上，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(duì)分子質(zhì)量越大，分子間的作用力越大，所以其沸點(diǎn)隨周期數(shù)增大而升高，在NH₃、H₂O、HF中，氨分子只有一對(duì)孤電子對(duì)，氟化氫分子只有一個(gè)氫原子，水分子有兩個(gè)氫原子和兩對(duì)孤電子對(duì)，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(diǎn)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(gè)B原子周圍有3個(gè)σ鍵、沒有孤電子，N原子周圍有3個(gè)σ鍵，沒有孤電子，據(jù)此判斷雜化方式，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$\frac{\sqrt{3}}{2}$a²b，根據(jù)$ρ=\frac{m}{V}$計(jì)算密度；

解答 解：（1）Cu是29號(hào)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(jià)層電子對(duì)間的孤電子對(duì)斥力最小，則孤電子對(duì)應(yīng)處于相對(duì)的位置，則XeF₄分子中四個(gè)成鍵電子對(duì)處于同一平面上，所以XeF₄分子中的鍵角應(yīng)為90°，
故答案為：90°；
（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(duì)分子質(zhì)量越大，分子間的作用力越大，所以其沸點(diǎn)隨周期數(shù)增大而升高，在NH₃、H₂O、HF中，氨分子只有一對(duì)孤電子對(duì)，氟化氫分子只有一個(gè)氫原子，水分子有兩個(gè)氫原子和兩對(duì)孤電子對(duì)，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(diǎn)越高，所以H₂O、HF、NH₃沸點(diǎn)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(duì)分子質(zhì)量越大，分子間作用力越大，沸點(diǎn)越高；H₂O＞HF＞NH₃；
（4）根據(jù)石墨型BN的晶體結(jié)構(gòu)可知，每個(gè)B原子周圍有3個(gè)σ鍵、沒有孤電子，所以B原子按sp²雜化，N原子周圍有3個(gè)σ鍵，沒有孤電子，所以N原子按sp²雜化，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$\frac{\sqrt{3}}{2}$a²b，根據(jù)$ρ=\frac{m}{V}$可知，其密度為$\frac{\frac{5×（11+14）}{{N}_{A}}}{\frac{\sqrt{3}}{2}{a}^{2b}}$g•cm^-3=$\frac{100}{\sqrt{3}{N}_{A}{a}^{2}b}$g•cm^-3，
故答案為：sp²和 sp²；$\frac{100}{\sqrt{3}{N}_{A}{a}^{2}b}$．

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