Question

7．在人類文明的歷程中，改變世界的事物很多，其中鐵、硝酸鉀、青霉素、二氧化硅等17種物質(zhì)重點(diǎn)改變過人類世界．
（1）鐵原子在基態(tài)時(shí)，價(jià)電子排布式為3d⁶4s²．
（2）硝酸鉀中NO₃^-的空間構(gòu)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(xué)式BF₃．

（3）6氨基青霉烷酸的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中采用sp³雜化的原子有C、N、O、S．
（4）鐵晶體的一種晶胞如圖2所示，若Fe的原子半徑為r，在這種Fe晶胞中用r表示出這種堆積模型的空間利用率為$\frac{2×\frac{4}{3}×π×{r}^{3}}{（{\frac{4\sqrt{3}}{3}）}^{3}}$×100%．（列式表示，不需化簡(jiǎn)）．
（5）圖3所示為血紅素的結(jié)構(gòu)．

血紅素中四種非金屬元素的電負(fù)性由小到大的順序是H＜C＜N＜O．血紅素中兩種N原子的雜化方式分別為sp²、sp³．在圖4的方框內(nèi)用“→”標(biāo)出Fe²⁺的配位鍵．
（6）如果把晶胞頂點(diǎn)與最近三個(gè)面心所圍成的空隙叫做四面體空隙，第四周期電負(fù)性最小的原子可作為容體摻入C₆₀晶體的空隙中，形成具有良好的超導(dǎo)性的摻雜C₆₀化合物．現(xiàn)把C₆₀ 抽象成質(zhì)點(diǎn)，該晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖5所示，若每個(gè)四面體空隙填入一個(gè)原子，則全部填滿C₆₀晶體的四面體空隙后，所形成的摻雜C₆₀化合物的化學(xué)式為K₂C₆₀．

Answer 1

分析 （1）鐵是26號(hào)元素，基態(tài)原子核外有26個(gè)電子，3d、4s能級(jí)上電子是其價(jià)電子，根據(jù)構(gòu)造原理書寫其基態(tài)價(jià)電子排布式；
（2）根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論確定離子空間構(gòu)型，原子個(gè)數(shù)相等價(jià)電子數(shù)相等的微粒是等電子體，正負(fù)電荷重心重合的分子是非極性分子；
（3）根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論確定碳原子雜化方式；
（4）利用均攤法計(jì)算晶體中Fe原子數(shù)目，根據(jù)原子半徑計(jì)算原子的體積，根據(jù)晶胞的邊長(zhǎng)計(jì)算晶胞體積，晶胞的空間利用率=$\frac{晶胞中Fe原子總體積}{晶胞體積}$×100%；
（5）元素的非金屬性越強(qiáng)，其電負(fù)性越強(qiáng)；根據(jù)每個(gè)N原子含有的σ 鍵個(gè)數(shù)與孤電子對(duì)數(shù)之和判斷其雜化方式；
（6）從圖可以看出，晶胞中C₆₀數(shù)目=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，晶胞頂點(diǎn)與最近三個(gè)面心所圍成的空隙叫做四面體空隙，晶胞有8個(gè)頂點(diǎn)，則可以形成8個(gè)四面體空隙，即可以填充8個(gè)K，據(jù)此計(jì)算．

解答 解：（1）鐵是26號(hào)元素，基態(tài)原子核外有26個(gè)電子，3d、4s能級(jí)上電子是其價(jià)電子，根據(jù)構(gòu)造原理知其價(jià)電子排布式為：3d⁶4s²，
故答案為：3d⁶4s²；
（2）NO₃^-中N原子價(jià)層電子對(duì)=3+$\frac{1}{2}$（5+1-3×2）=3，且不含孤電子對(duì)，所以是平面三角形結(jié)構(gòu)，與N0₃^-互為等電子體的一種非極性分子有：BF₃[SO₃（ g）、BBr₃等]，
故答案為：平面正三角形；BF₃；
（3）只要共價(jià)單鍵和孤電子對(duì)的和是4的原子就采取sp³雜化，根據(jù)圖片知，采用sp³雜化的原子有C、N、O、S，故答案為：C、N、O、S；
（4）晶胞為體心立方（堆積），體心立方中含有原子數(shù)為1+8×$\frac{1}{8}$=2；晶胞中鐵原子的體積為：2×$\frac{4}{3}$×π×r³，體心立方中，體對(duì)角線上為三個(gè)鐵原子相切，則體對(duì)角線為4r，晶胞邊長(zhǎng)為：$\frac{4}{\sqrt{3}}$r=$\frac{4\sqrt{3}}{3}$r，晶胞體積為：（$\frac{4\sqrt{3}}{3}$）³，空間利用率為：$\frac{2×\frac{4}{3}×π×{r}^{3}}{（{\frac{4\sqrt{3}}{3}）}^{3}}$×100%；
故答案為：$\frac{2×\frac{4}{3}×π×{r}^{3}}{（{\frac{4\sqrt{3}}{3}）}^{3}}$×100%；
（5）元素的非金屬性越強(qiáng)，其電負(fù)性越強(qiáng)，則有電負(fù)性C＜O＜N，H的電負(fù)性最小，所以電負(fù)性：H＜C＜N＜O；血紅素中N原子有的含有3個(gè)σ 鍵和一個(gè)孤電子對(duì)，屬于sp³雜化；有的含有3個(gè)σ 鍵，屬于sp² 雜化方式；
故答案為：H＜C＜N＜O；sp²和sp³；
（6）從圖可以看出，晶胞中C₆₀數(shù)目=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，晶胞頂點(diǎn)與最近三個(gè)面心所圍成的空隙叫做四面體空隙，晶胞有8個(gè)頂點(diǎn)，則可以形成8個(gè)四面體空隙，即可以填充8個(gè)K，則K、C₆₀的數(shù)目之比=8：4=2：1，故填充K后所得化合物為K₂C₆₀，
故答案為：K₂C₆₀．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的考查，涉及核外電子排布規(guī)律、分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、雜化軌道、晶胞計(jì)算、空間利用率的計(jì)算等，需要學(xué)生具有一定的空間想象與數(shù)學(xué)計(jì)算能力，難度中等．