Question

9．釩（₂₃V）廣泛用于催化及鋼鐵工業(yè)，我國(guó)四川的攀枝花和河北的承德有豐富的釩礦資源．回答下列問(wèn)題：
（1）釩原子的外圍電子排布式為3d³4s²，所以在元素周期表中它應(yīng)位于VB族．
（2）V₂O₅常用作SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃的催化劑．當(dāng)SO₂氣態(tài)為單分子時(shí)，分子中S原子δ電子對(duì)有3對(duì)，S原子的雜化軌道類型為sp²，分子的立體構(gòu)型為V形；SO₃的三聚體環(huán)狀結(jié)構(gòu)如圖1所示，此氧化物的分子式應(yīng)為S₃O₉，該結(jié)構(gòu)中S-O鍵長(zhǎng)有a、b兩類，b的鍵長(zhǎng)大于a的鍵長(zhǎng)的原因?yàn)樾纬蒪鍵的氧原子與兩個(gè)S原子結(jié)合，作用力較小；

（3）V₂O₅溶解在NaOH溶液中，可得到釩酸鈉（Na₃VO₄），該鹽陰離子中V的雜化軌道類型為sp³；以得到偏釩酸鈉，其陰離子呈如圖2所示的無(wú)限鏈狀結(jié)構(gòu)，則偏釩酸鈉的化學(xué)式為NaVO₃；
（4）釩的某種氧化物晶胞結(jié)構(gòu)如圖3所示．該氧化物的化學(xué)式為VO₂，若它的晶胞參數(shù)為xnm，則晶胞的密度為$\frac{1.66×1{0}^{19}}{{N}_{A}{x}^{3}}$g•cm^-3．

Answer 1

分析 （1）由題意知，釩的核電荷數(shù)為23，則可以推知釩在元素周期表中的位置為第4周期ⅤB族，根據(jù)核外電子的軌道能量排布順序知，1s＜2s＜2p＜3s＜3p＜4s＜3d＜4p，因此推斷其電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s²，注意由于4s軌道能量比3d軌道能量低，因此先排4s軌道，因此其價(jià)層電子排布式為3d³4s²，以此書(shū)寫(xiě)電子排布式；
（2）SO₂分子中S原子形成2個(gè)δ鍵，孤電子對(duì)數(shù)為$\frac{6-2×2}{2}$=1，SO₃氣態(tài)為單分子，該分子中S原子形成3個(gè)δ鍵，沒(méi)有孤對(duì)電子，SO₃的三聚體中S原子形成4個(gè)δ鍵，以此判斷空間構(gòu)型和雜化類型；SO₃的三聚體屬于分子結(jié)構(gòu)，一個(gè)分子中含有3個(gè)S原子和9個(gè)O原子，鍵長(zhǎng)越大鍵能越��；
（3）VO₄^3-中，V形成4個(gè)δ鍵，孤電子對(duì)數(shù)為$\frac{5+3-4×2}{2}$=0，為正四面體結(jié)構(gòu)，由鏈狀結(jié)構(gòu)可知每個(gè)V與3個(gè)O形成陰離子，且V的化合價(jià)為+5價(jià)，以此判斷形成的化合物的化學(xué)式；
（4）由晶胞可知，V位于頂點(diǎn)和體心，O有4個(gè)位于面心，2個(gè)位于體心，根據(jù)晶胞$ρ=\frac{m}{V}$計(jì)算．

解答 解：（1）由題意知，釩的核電荷數(shù)為23，則可以推知釩在元素周期表中的位置為第4周期ⅤB族，根據(jù)核外電子的軌道能量排布順序知，1s＜2s＜2p＜3s＜3p＜4s＜3d＜4p，因此推斷其電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s²，注意由于4s軌道能量比3d軌道能量低，因此先排4s軌道，因此其價(jià)層電子排布式為3d³4s²，則電子排布式為
3d³4s²，
故答案為：3d³4s²；V；    
（2）SO₂分子中S原子形成2個(gè)δ鍵，孤電子對(duì)數(shù)為$\frac{6-2×2}{2}$=1，SO₂分子中S原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)是3，為V形結(jié)構(gòu)，SO₃氣態(tài)為單分子，該分子中S原子形成3個(gè)δ鍵，沒(méi)有孤對(duì)電子，則為sp²雜化；SO₃的三聚體屬于分子結(jié)構(gòu)，一個(gè)分子中含有3個(gè)S原子和9個(gè)O原子，故分子式為S₃O₉，形成b鍵的氧原子與兩個(gè)S原子結(jié)合，作用力較小，鍵能較小，鍵能越小鍵長(zhǎng)越大；
故答案為：3；sp²；V形；S₃O₉；形成b鍵的氧原子與兩個(gè)S原子結(jié)合，作用力較小；    
（3）VO₄^3-中，V形成4個(gè)δ鍵，孤電子對(duì)數(shù)為$\frac{5+3-4×2}{2}$=0，雜化方式為sp³，空間構(gòu)型為正四面體結(jié)構(gòu)，由鏈狀結(jié)構(gòu)可知每個(gè)V與3個(gè)O形成陰離子，且V的化合價(jià)為+5價(jià)，則形成的化合物化學(xué)式為NaVO₃，
故答案為：sp³；NaVO₃；
（4）由晶胞可知，V位于頂點(diǎn)和體心，陽(yáng)離子個(gè)數(shù)為1+8×$\frac{1}{8}$=2，O有4個(gè)位于面心，2個(gè)位于體心，則陰離子個(gè)數(shù)為4×$\frac{1}{2}$+2=4，陰陽(yáng)離子數(shù)目之比為4：2=2：1，該氧化物的化學(xué)式為VO₂；晶胞邊長(zhǎng)為xnm=x×10^-7cm，晶胞體積V=10^-21x³cm³，一個(gè)晶胞的質(zhì)量m=$\frac{51×2+16×4}{{N}_{A}}$，則密度$ρ=\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{166}{{N}_{A}}}{1{0}^{-21}{x}^{3}}$=$\frac{1.66×1{0}^{19}}{{N}_{A}{x}^{3}}$．
故答案為：VO₂；$\frac{1.66×1{0}^{19}}{{N}_{A}{x}^{3}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力的考查，注意把握雜化類型以及價(jià)層電子數(shù)的判斷，難度中等．