Question

9．自然界存在豐富的碳、氮、硅、磷、鐵等元素，它們可形成單質(zhì)及許多化合物．按要求回答下列問題：
（1）鐵能與CO形成配合物Fe（CO）₅，其熔點(diǎn)為-20.5⁰C，沸點(diǎn)為102⁰C，易溶于CCl₄，據(jù)此判斷Fe（CO）₅晶體屬于分子晶體（填晶體類型）．
（2）鐵在元素周期表中位置是第四周期第Ⅷ族，亞鐵離子具有強(qiáng)還原性，從電子排布的角度解釋，其原因是Fe²⁺的3d軌道有6個(gè)電子，失去1個(gè)電子后3d軌道電子排布處于半充滿穩(wěn)定狀態(tài)．
（3）南海海底蘊(yùn)藏著大量的天然氣水化合物，俗稱“可燃冰”．可燃冰是一種晶體，晶體中平均每46個(gè)H₂O分子通過氫鍵構(gòu)成8個(gè)籠，每個(gè)籠內(nèi)可容納1個(gè)CH₄分子或1個(gè)游離的H₂O分子．若晶體中每8個(gè)籠有6個(gè)容納了CH₄分子，另外2個(gè)籠被游離的H₂O分子填充．可燃冰的平均組成可表示為CH₄•8H₂O．
（4）亞磷酸（H₃PO₃與過量NaOH反應(yīng)充分反應(yīng)生成亞磷酸氫二鈉（Na₂HPO₃），則亞磷酸氫二鈉屬于正鹽鹽（填“正”、“酸式”）．
（5）金剛石晶胞結(jié)構(gòu)模型如圖，立方BN結(jié)構(gòu)與金剛石相似，硬度與金剛石相當(dāng)．在立方BN晶體中，B原子與N原子之間共價(jià)鍵與配位鍵的數(shù)目比為3：1；每個(gè)N原子周圍最近且等距離的N原子數(shù)為12；如果阿佛加德羅常數(shù)近似取6×10²³/mol，立方BN的密度為a g•cm^-3，摩爾質(zhì)量為b g•mol^-1，計(jì)算晶體中最近的兩個(gè)N原子間距離是$\frac{\sqrt{2}}{2}\root{3}{\frac{150a}}$nm（用含a、b代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)Fe（CO）₅的熔沸點(diǎn)低，且易溶于四氯化碳判斷晶體類型；
（2）鐵的原子序數(shù)為26，在周期表中處于第四周期第VIII族；結(jié)合亞鐵離子和鐵離子的電子排布式進(jìn)行判斷；
（3）在“可燃冰”晶體中，每8個(gè)籠由46個(gè)H₂O分子構(gòu)成框架，其中容納6個(gè)CH₄分子和2個(gè)H₂O分子，可判斷每8個(gè)籠共48個(gè)H₂O分子和6個(gè)CH₄分子，據(jù)此推斷可表示可燃冰的平均組成的化學(xué)式；
（4）H₃PO₃與過量NaOH反應(yīng)充分反應(yīng)生成亞磷酸氫二鈉（Na₂HPO₃），則亞磷酸氫二鈉（Na₂HPO₃）中無可以電離的氫離子；
（5）由金剛石的晶胞結(jié)構(gòu)可知，晶胞內(nèi)部有4個(gè)C原子，面心上有6個(gè)C原子，頂點(diǎn)有8個(gè)C原子，根據(jù)金剛石的結(jié)構(gòu)判斷，在BN晶體中，每個(gè)B原子和4個(gè)N原子形成共價(jià)鍵，B原子的配位數(shù)是4，B原子與N原子之間共價(jià)鍵的數(shù)目是12，一個(gè)晶胞中N原子數(shù)目為4；根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)圖，以晶胞頂點(diǎn)上的氮原子為例，與該氮原子距離最近的氮原子位于經(jīng)過該頂點(diǎn)的面的面心上；根據(jù)$ρ=\frac{m}{ρ}$可計(jì)算出晶胞的體積，進(jìn)而確定晶胞的邊長，最近的兩個(gè)N原子間距離是晶胞面對(duì)角線的$\frac{1}{2}$，據(jù)此計(jì)算；

解答 解：（1）Fe（CO）₅的熔沸點(diǎn)低，且易溶于四氯化碳，依據(jù)分子晶體熔沸點(diǎn)低，且存在相似相溶原理，可知Fe（CO）₅為分子晶體；
故答案為：分子晶體；
（2）鐵為26號(hào)元素，元素在周期表中位于第四周期Ⅷ族；由于Fe²⁺的價(jià)電子3d⁶失去一個(gè)電子可形成3d⁵半充滿穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以Fe²⁺易被氧化成Fe³⁺，
故答案為：第四周期Ⅷ族；Fe²⁺ 的3d軌道有6個(gè)電子，失去1個(gè)電子后3d軌道電子排布處于半充滿穩(wěn)定狀態(tài)；
（3）晶體中8個(gè)籠只有6個(gè)容納CH₄分子，另外2個(gè)籠被水分子填充，推出8個(gè)籠共有6個(gè)甲烷分子，46+2=48個(gè)水分子，則甲烷分子與水分子的個(gè)數(shù)之比=6：48=1：8，所以化學(xué)式為CH₄•8H₂O，
故答案為：CH₄•8H₂O；
（4）H₃PO₃與過量NaOH反應(yīng)充分反應(yīng)生成亞磷酸氫二鈉（Na₂HPO₃），則亞磷酸氫二鈉（Na₂HPO₃）中無可以電離的氫離子，為正鹽，
故答案為：正鹽；
（5）由金剛石的晶胞結(jié)構(gòu)可知，晶胞內(nèi)部有4個(gè)C原子，面心上有6個(gè)C原子，頂點(diǎn)有8個(gè)C原子，在BN晶體中，每個(gè)B原子和4個(gè)N原子形成共價(jià)鍵，B原子的配位數(shù)是4，B原子與N原子之間共價(jià)鍵的數(shù)目是12，所以B原子與N原子之間共價(jià)鍵的數(shù)目與配位鍵的數(shù)目比為 3：1，根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)圖，以晶胞頂點(diǎn)上的氮原子為例，與該氮原子距離最近的氮原子位于經(jīng)過該頂點(diǎn)的面的面心上，這樣的原子有12個(gè)，根據(jù)均攤可知，一個(gè)晶胞中N原子數(shù)目為 4，B原子數(shù)目也是4，根據(jù)$ρ=\frac{m}{V}$可知晶胞的體積V=$\frac{\frac{4b}{6×10{\;}^{23}}}{a}$cm³=$\frac{4b}{6×10{\;}^{23}a}$cm³，所以晶胞的邊長為$\root{3}{\frac{4b}{6×1{0}^{23}a}}$cm，最近的兩個(gè)N原子間距離是晶胞面對(duì)角線的$\frac{1}{2}$，所以晶體中最近的兩個(gè)N原子間距離是$\frac{1}{2}×\sqrt{2}×$$\root{3}{\frac{4b}{6×1{0}^{23}a}}$cm=$\frac{\sqrt{2}}{2}\root{3}{\frac{4b}{6×1{0}^{23}a}}$cm=$\frac{\sqrt{2}}{2}\root{3}{\frac{150a}}$nm，
故答案為：3：1；12；$\frac{\sqrt{2}}{2}\root{3}{\frac{150a}}$；

點(diǎn)評(píng) 本題考查了金屬單質(zhì)及其化合物的綜合應(yīng)用、晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、晶胞計(jì)算等知識(shí)，題目難度中等，試題知識(shí)點(diǎn)較多、綜合性較強(qiáng)，充分考查學(xué)生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用能力，注意掌握常見金屬單質(zhì)及其化合物的性質(zhì)，明確均攤法在晶胞計(jì)算中的應(yīng)用．