Question

8．金屬元素Al、Co、Cu可與C、H、N、O、S等形成多種化合物．
（1）C、N、O、S四種元素的第一電離能由小到大的順序?yàn)镃＜S＜O＜N．
（2）Co、Cu原子或離子外圍有較多能量相近的空軌道能與一些分子或離子形成配合物．
①將無水硫酸銅溶解于水中，溶液呈藍(lán)色，是因?yàn)樯�成了一種呈藍(lán)色的配合離子．此配合離子空間構(gòu)型為平面正方形，請(qǐng)寫出生成此配合離子的離子方程式：Cu²⁺+4H₂O=[Cu（H₂O）₄]²⁺
②Co （NH₃）₅BrSO₄可形成兩種配合物，已知Co³⁺的配位數(shù)是6，為了確定配合物Co （NH₃）₅BrSO₄的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)對(duì)兩種配合物進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：在第一種配合物的溶液中加BaCl₂溶液時(shí)，產(chǎn)生白色沉淀，在第二種配合物溶液中加入BaCl₂溶液時(shí)，則無明顯現(xiàn)象，第二種配合物的化學(xué)式為[Co（SO₄）（NH₃）₅]Br，
（3）根據(jù)元素原子的外圍電子排布特征，將周期表分成五個(gè)區(qū)域，其中Co屬于d區(qū)．
（4）Al單質(zhì)晶體中原子的堆積方式如圖甲所示，其晶胞特征如圖乙所示，原子之間相互位置關(guān)系的平面圖如圖丙所示．

Al單質(zhì)晶體中原子的配位數(shù)為12．若已知Al的原子半徑為r，N_A代表阿伏加德羅常數(shù)，Al的相對(duì)原子質(zhì)量為M；該晶體的密度為$\frac{M}{4\sqrt{2}{N}_{A}{r}^{3}}$（用字母表示）．

Answer 1

分析 （1）同一主族中，從上向下，元素第一電離能逐漸減小，同一周期中，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而增大，但N元素的最外層電子處于半滿狀態(tài)，是一種穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以它的第一電離能高于同周期相鄰的元素，據(jù)此判斷；
（2）①硫酸銅溶于水，銅離子與水生成了呈藍(lán)色的配合離子[Cu（H₂O）₄]²⁺，該絡(luò)合離子為平面正方形；
②Co（NH₃）₅BrSO₄可形成兩種配合物，Co³⁺的配位數(shù)是6，在第一種配合物的溶液中加BaCl₂ 溶液時(shí)，產(chǎn)生白色沉淀，該物質(zhì)可以電離出SO₄^2-，故配體為NH₃、Br^-，該物質(zhì)結(jié)構(gòu)為[Co（NH₃）₅Br]SO₄，在第二種配合物溶液中加入BaCl₂溶液時(shí)，則無明顯現(xiàn)象，該物質(zhì)不能電離出SO₄^2-，故配體為NH₃、SO₄^2-，該物質(zhì)為[Co（NH₃）₅SO₄]Br；
（3）d區(qū)包含ⅢB～ⅦB（鑭系元素、錒系元素除外）、第Ⅷ族，據(jù)此判斷；
（4）由晶胞結(jié)構(gòu)可知，以頂點(diǎn)Al原子為研究對(duì)象，與之最近的Al原子處于面心上，結(jié)合Al的摩爾質(zhì)量計(jì)算晶胞質(zhì)量，Al的原子半徑為r，則晶胞棱長(zhǎng)為$2\sqrt{2}$r，再根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算晶胞密度．

解答 解：（1）同一主族中，從上向下，元素第一電離能逐漸減小，同一周期中，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而增大，但N元素的最外層電子處于半滿狀態(tài)，是一種穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以它的第一電離能高于同周期相鄰的元素，所以C、N、O、S四種元素的第一電離能由小到大的順序?yàn)镃＜S＜O＜N，
故答案為：C＜S＜O＜N；
（2）①硫酸銅溶于水，銅離子與水生成了呈藍(lán)色的配合離子[Cu（H₂O）₄]²⁺，離子方程式為Cu²⁺+4H₂O=[Cu（H₂O）₄]²⁺，該絡(luò)合離子為平面正方形，
故答案為：平面正方形；Cu²⁺+4H₂O=[Cu（H₂O）₄]²⁺；
②Co（NH₃）₅BrSO₄可形成兩種配合物，Co³⁺的配位數(shù)是6，在第一種配合物的溶液中加BaCl₂ 溶液時(shí)，產(chǎn)生白色沉淀，該物質(zhì)可以電離出SO₄^2-，故配體為NH₃、Br^-，該物質(zhì)結(jié)構(gòu)為[Co（NH₃）₅Br]SO₄，在第二種配合物溶液中加入BaCl₂溶液時(shí)，則無明顯現(xiàn)象，該物質(zhì)不能電離出SO₄^2-，故配體為NH₃、SO₄^2-，該物質(zhì)為[Co（NH₃）₅SO₄]Br，
故答案為：[Co（NH₃）₅SO₄]Br；
（3）Co屬于第Ⅷ族元素，所以Co屬于d區(qū)，
故答案為：d；
（4）由晶胞結(jié)構(gòu)圖可知，以頂點(diǎn)原子為研究對(duì)象，與之最近的原子處于面心上，每個(gè)頂點(diǎn)原子為12個(gè)面共用，故晶胞中該原子的配位數(shù)為12，晶胞中Al原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，晶胞質(zhì)量為4×$\frac{M}{{N}_{A}}$，Al的原子半徑為r，則晶胞棱長(zhǎng)為$2\sqrt{2}$r，故Al晶胞的密度ρ=$\frac{m}{V}$=4×$\frac{M}{{N}_{A}}$÷（$2\sqrt{2}$r）³=$\frac{M}{4\sqrt{2}{N}_{A}{r}^{3}}$，
答：12；$\frac{M}{4\sqrt{2}{N}_{A}{r}^{3}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查第一電離能的比較、配合物的形成和結(jié)構(gòu)判斷、晶胞計(jì)算，注意利用均攤法計(jì)算晶胞質(zhì)量，需要學(xué)生具有一定的數(shù)學(xué)計(jì)算能力，難度中等．