Question

7．人類文明的發(fā)展歷程，也是化學物質的認識和發(fā)現(xiàn)的歷程，其中鐵、硝酸鉀、青霉素、氨、乙醇、二氧化碳、聚乙烯、二氧化硅等17種“分子”改變過人類的世界．
（1）Fe單質為體心立方晶體，晶胞中鐵原子的配位數(shù)為8，基態(tài)鐵原子有4個未成對電子，F(xiàn)e³⁺的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵．
（2）硝酸鉀中NO₃^-的空間構型為平面正三角形，寫出與NO₃^-互為等電子體的一種非極性分子化學式SO₃等．
（3）6-氨基青霉烷酸的結構如圖1所示，其中采用sp³雜化的原子有C、N、O、S．

（4）下列說法正確的有a（填字母序號）．
a．乙醇分子間可形成氫鍵，導致其沸點比氯乙烷高
b．鎢的配合物離子[W（CO）₅OH]^-能催化固定CO₂，該配離子中鎢顯-1價
c．聚乙烯（）分子中有5n個σ鍵
d．由下表中數(shù)據(jù)可確定在反應Si（s）+O₂（g）═SiO₂（s）中，每生成60gSiO₂放出的能量為（2c-a-b）　kJ

化學鍵	Si-Si	O═O	Si-O
鍵能（kJ•mol-1）	a	b	c

（5）鐵和氨氣在640℃可發(fā)生置換反應，產物之一的晶胞結構如圖2所示，寫出該反應的化學方程式8Fe+2NH₃$\frac{\underline{\;640℃\;}}{\;}$2Fe₄N+3H₂，若兩個最近的Fe原子間的距離為s cm，則該晶體的密度是$\frac{119\sqrt{2}}{2{s}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3．

Answer 1

分析 （1）Fe單質為體心立方晶體，體心的Fe原子與晶胞頂點8個Fe原子相鄰；Fe原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，失去4s能級2個電子、3d能級1個電子形成Fe³⁺；
（2）NO₃^-中N原子孤電子對數(shù)=$\frac{5+1-2×3}{2}$=0，價層電子對數(shù)為3+0=3；原子數(shù)相等、價電子總數(shù)也相等的微�；�為等電子體，分子中正負電荷正向重合的分子為非極性分子；
（3）價層電子對數(shù)是4的原子采用sp³雜化；
（4）a．分子間氫鍵導致物質熔沸點升高；
b．鎢的配合物離子[W（CO）₅OH]^-中W為0價；
c．聚乙烯（）分子中有（6n-1）個σ鍵；
d．二氧化硅晶體中Si原子與周圍4個O原子形成Si-O四面體結構，1molSiO₂含有4molSi-O，Si晶體中Si原子與周圍4個Si原子形成Si-Si，每個鍵為2個Si原子共用，故1mol硅含有2molSi-Si鍵；
（5）晶胞中Fe原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，N原子數(shù)目為1，故該產物化學式為Fe₄N，還生成氫氣；
晶胞面對角線上3個Fe原子相鄰，則晶胞棱長為2s cm×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=$\sqrt{2}$s cm，結合晶胞中原子數(shù)目表示出晶胞質量，再根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計算晶體密度．

解答 解：（1）Fe單質為體心立方晶體，體心的Fe原子與晶胞頂點8個Fe原子相鄰，故配位數(shù)為8；Fe原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，3d能級中有4個電子單獨占據(jù)1個軌道，含有4個單電子，失去4s能級2個電子、3d能級1個電子形成Fe³⁺，F(xiàn)e³⁺的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵，
故答案為：8；4；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵；
（2）NO₃^-中N原子孤電子對數(shù)=$\frac{5+1-2×3}{2}$=0，價層電子對數(shù)為3+0=3，空間構型為平面正三角形，
原子數(shù)相等、價電子總數(shù)也相等的微粒互為等電子體，分子中正負電荷正向重合的分子為非極性分子，與NO₃^-互為等電子體的一種非極性分子有SO₃等，
故答案為：平面正三角形；SO₃等；
（3）σ鍵和孤電子對數(shù)和是4的原子就采取sp³雜化，根據(jù)物質結構可知，采用sp³雜化的原子有C、N、O、S，
故答案為：C、N、O、S；
（4）a．乙醇分子間可形成氫鍵，氯乙烷中不含氫鍵，氫鍵的存在導致乙醇的沸點升高，所以乙醇的沸點比氯乙烷高，故正確；
b．根據(jù)化合物中化合價的代數(shù)和為0知，鎢的配合物離子[W（CO）₅OH]^-中鎢顯0價，故錯誤；
c．聚乙烯（）分子中有（6n-1）個σ鍵，故錯誤；
d．二氧化硅晶體中Si原子與周圍4個O原子形成Si-O四面體結構，1molSiO₂含有4molSi-O，Si晶體中Si原子與周圍4個Si原子形成Si-Si，每個鍵為2個Si原子共用，故1mol硅含有2molSi-Si鍵，60gSiO₂的物質的量為1mol，由表中數(shù)據(jù)知反應Si（s）+O₂（g）=SiO₂（s）中，每生成60gSiO₂放出的能量為（4c-2a-b）kJ，故錯誤．
故選：a；
（5）晶胞中Fe原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，N原子數(shù)目為1，故該產物化學式為Fe₄N，還生成氫氣，反應方程式為：8Fe+2NH₃$\frac{\underline{\;640℃\;}}{\;}$2Fe₄N+3H₂，
晶胞面對角線上3個Fe原子相鄰，則晶胞棱長為2s cm×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=$\sqrt{2}$s cm，晶胞質量為$\frac{56×4+14}{{N}_{A}}$g，則晶體密度為$\frac{56×4+14}{{N}_{A}}$g÷（$\sqrt{2}s$ cm）³=$\frac{119\sqrt{2}}{2{s}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3，
故答案為：8Fe+2NH₃$\frac{\underline{\;640℃\;}}{\;}$2Fe₄N+3H₂；$\frac{119\sqrt{2}}{2{s}^{3}{N}_{A}}$．

點評 本題考查物質結構和性質，設核外電子排布、雜化方式與空間構型判斷、等電子體、化學鍵、配合物、氫鍵、反應熱計算、晶胞結構與計算等，需要學生具備扎實的基礎，注意識記常見晶胞計算，掌握均攤法進行晶胞有關計算．