Question

6．H、C、N、O、Na、Fe、Cu是常見的七種元素，請回答下列問題：
（1）N、O、Na原子第一電離能由小到大的順序是Na＜O＜N（用元素符號和“＜”表示）；Cu原子的特征電子軌道式為．
（2）N、Na⁺、Fe³⁺、Cu²⁺四種微粒基態(tài)的核外電子排布式中未成對電子數(shù)最多的是Fe³⁺；Cu²⁺在水中呈現(xiàn)藍(lán)色是因為形成了水合銅離子，其化學(xué)式為[Cu（H₂O）₄]²⁺，水分子與銅離子間結(jié)合的化學(xué)鍵名稱為配位鍵．
（3）根據(jù)價層電子對互斥理論判斷下列分子或離子中空間構(gòu)型是V形的是②④（填序號）：①H₃O⁺、②H₂O、③NO₂⁺、④NO₂^-．
（4）分子（CN）₂中鍵與鍵之間的夾角為180°，并有對稱性，分子中每個原子最外層均滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)式為N≡C-C≡N，1個分子中含有4個π鍵；
（CN）₂稱為“擬鹵素”，具有類似Cl₂的化學(xué)性質(zhì)，則（CN）₂與NaOH水溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為（CN）₂+2NaOH=NaCN+NaCNO+H₂O．
（5）O和Na形成的一種只含有離子鍵的離子化合物，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖，該離子化合物的化學(xué)式為Na₂O；已知該晶胞的密度為ρg/cm³，阿伏加德羅常數(shù)為N_A，求晶胞邊長a=$\root{3}{\frac{248}{ρ{N}_{A}}}$cm．（用含ρ、N_A的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 （1）非金屬性越強(qiáng)，第一電離能越大，氮元素原子2p能級為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能高于氧元素的；
Cu原子Cu原子的特征電子排布式為3d¹⁰4s¹，根據(jù)泡利原理、洪特規(guī)則，畫出其軌道式；
（2）Fe³⁺的外圍電子排布為3d⁵，未成對電子數(shù)最多；Cu²⁺在水中呈現(xiàn)藍(lán)色是因為形成了水合銅離子，配位數(shù)為4，水分子與銅離子間通過配位鍵結(jié)合；
（3）計算中心原子孤電子對數(shù)、價層電子對數(shù)，判斷微粒空間結(jié)構(gòu)，中心原子孤電子對數(shù)=$\frac{1}{2}$（a-bx），a為中心原子價電子數(shù)，x為中心原子結(jié)合的原子數(shù)目，b為與中心原子結(jié)合的原子最多能接受的電子數(shù)，價層電子對數(shù)=σ鍵電子對數(shù)+孤電子對數(shù)，σ鍵電子對數(shù)大于中心原子結(jié)合的原子數(shù)目；
（4）分子（CN）₂中鍵與鍵之間的夾角為180°，并有對稱性，分子中每個原子最外層均滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，C原子形成4個共價鍵，N原子形成3個共價鍵，則其結(jié)構(gòu)簡式為N≡C-C≡N；
根據(jù)氯氣與氫氧化鈉的反應(yīng)書寫方程式；
（5）根據(jù)均攤法計算晶胞中Na⁺、O²⁺離子數(shù)目，進(jìn)而確定化學(xué)式，表示出晶胞質(zhì)量，再結(jié)合m=ρV=ρa(bǔ)³計算晶胞棱長．

解答 解：（1）非金屬性越強(qiáng)，第一電離能越大，氮元素原子2p能級為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能高于氧元素的，故第一電離能Na＜O＜N，
Cu原子Cu原子的特征電子排布式為3d¹⁰4s¹，其軌道式為，
故答案為：Na＜O＜N；；
（2）N外圍電子排布為2s²2p³，原子有3個未成對電子，Na⁺最外層電子排布為2s²2p⁶，沒有單電子，F(xiàn)e³⁺的外圍電子排布為3d⁵，有5個單電子，Cu²⁺的外圍電子排布為3d⁹，有1個電子，
Cu²⁺在水中呈現(xiàn)藍(lán)色是因為形成了水合銅離子，其化學(xué)式為[Cu（H₂O）₄]²⁺，水分子與銅離子間結(jié)合的化學(xué)鍵為配位鍵，
故答案為：Fe³⁺；[Cu（H₂O）₄]²⁺；配位鍵；
 （3）①H₃O⁺中O原子孤電子對數(shù)=$\frac{6-1-1×3}{2}$=1，價層電子對數(shù)=3+1=4，故空間構(gòu)型為三角錐形；
②H₂O中O原子孤電子對數(shù)$\frac{6-1×2}{2}$=2，價層電子對數(shù)=2+2=4，故空間構(gòu)型為V形；
③NO₂⁺中N原子孤電子對數(shù)=$\frac{5-1-2×2}{2}$=0，價層電子對數(shù)=2+0=2，故空間構(gòu)型為直線形；
④NO₂^-中N原子孤電子對數(shù)=$\frac{5+1-2×2}{2}$=1，價層電子對數(shù)=2+1=3，故空間構(gòu)型為V形，
故答案為：②④；
（4）分子（CN）2中鍵與鍵之間的夾角為180°，并有對稱性，分子中每個原子最外層均滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，C原子形成4個共價鍵，N原子形成3個共價鍵，則其結(jié)構(gòu)簡式為N≡C-C≡N，1個分子中含有4個π鍵，
（CN）₂與NaOH水溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為：（CN）₂+2NaOH=NaCN+NaCNO+H₂O，
故答案為：N≡C-C≡N；4；（CN）₂+2NaOH=NaCN+NaCNO+H₂O；
（5）Na⁺在晶胞內(nèi)部，共有8個，晶胞中O^2-數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，二者數(shù)目之比為2：1，故化學(xué)式為Na₂O，晶胞質(zhì)量為4×$\frac{62}{{N}_{A}}$，晶胞的密度為ρg/cm³，則4×$\frac{62}{{N}_{A}}$=ρg/cm³×（a cm）³，解得a=$\root{3}{\frac{248}{ρ{N}_{A}}}$，
故答案為：Na₂O；$\root{3}{\frac{248}{ρ{N}_{A}}}$．

點評 本題是對物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及核外電子排布、電離能、配合物、價層電子對數(shù)互斥理論、分子結(jié)構(gòu)、晶胞計算等，需要學(xué)生具備扎實的基礎(chǔ)，注意同周期第一電離能異常情況．