Question

5．有機(jī)反應(yīng)中常用鎳作催化劑．某鎳催化劑中含Ni 64.0%、Al 24.3%、Fe 1.4%，其余為C、H、O、N等元素．
（1）氰酸（HOCN）的結(jié)構(gòu)式是N≡C-O-H，其中碳原子的雜化方式是sp，根據(jù)等電子體原理，可推測(cè)氰酸根離子的空間構(gòu)型是直線型．
（2）用Cr₂O₃作原料，鋁粉作還原劑的鋁熱法是生產(chǎn)金屬鉻的主要方法之一，該反應(yīng)是一個(gè)自發(fā)放熱反應(yīng)，由此可判斷Cr-O鍵和Al-O鍵中Al-O鍵更強(qiáng)．研究發(fā)現(xiàn)氣態(tài)氯化鋁（Al₂Cl₆）是具有配位鍵的化合物，可溶于非極性溶劑，分子中原子間成鍵的關(guān)系如圖所示．由此可知該分子是非極性  （填“極性”或“非極性”）的．請(qǐng)?jiān)趫D中是配位鍵的斜線上加上箭頭．
（3）鐵有α、γ、δ三種晶體構(gòu)型，其中α-Fe單質(zhì)為體心立方晶體，δ-Fe單質(zhì)為簡(jiǎn)單立方晶體．則這兩種晶體結(jié)構(gòu)中鐵原子的配位數(shù)之比是4：3，設(shè)α-Fe晶胞邊長(zhǎng)為a nm，δ-Fe晶胞邊長(zhǎng)為bnm，則這兩種晶體的密度比為2b³：a³．（用a、b的代數(shù)式表示）
（4）氧化鎳（NiO ）是一種納米材料，比表面積S（m²/g）是評(píng)價(jià)納米材料的重要參數(shù)之一（納米粒子按球形計(jì)）． 基態(tài)Ni²⁺有2 個(gè)未成對(duì)電子，已知氧化鎳的密度為ρg/cm³；其納米粒子的直徑為Dnm，列式表示其比表面積$\frac{6000}{Dρ}$m²/g．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)碳為四配位，氮為三配位，氧為兩配位確定其結(jié)構(gòu)式；根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論確定其雜化類型；先根據(jù)CNO^-電子數(shù)為22，與CNO^-互為等電子體微粒為CO₂，CO₂是直線型分子，等電子體的結(jié)構(gòu)相似；
（2）根據(jù)反應(yīng)Cr₂O₃+2Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cr+Al₂O₃是放熱，利用反應(yīng)熱△H=反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能來解答；根據(jù)相似相溶原理來解答；先分析鋁原子和氯原子的最外層電子，再根據(jù)每個(gè)原子達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)分析配位鍵成鍵情況；
（3）先判斷δ、α兩種晶胞中鐵原子的配位數(shù)，再計(jì)算其比值；先根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算兩種晶胞的密度，然后求出兩者之比；
（4）先根據(jù)Ni的原子序數(shù)為28，根據(jù)能量最低原理先寫出基態(tài)原子核外電子排布式，再寫出基態(tài)Ni²⁺核外電子排布式來判斷；先根據(jù)球的表面積和體積公式求出納米粒子的表面積和體積，再結(jié)合密度求出質(zhì)量從而求出比表面積．

解答 解：（1）碳為四配位，氮為三配位，氧為兩配位，故氰酸（HOCN）的結(jié)構(gòu)式是N≡C-O-H；氰酸（HOCN）的結(jié)構(gòu)式是N≡C-O-H，中心原子碳原子價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)=σ鍵個(gè)數(shù)+孤電子對(duì)個(gè)數(shù)=2+$\frac{1}{2}$（4-2×2）=2，采取sp雜化；CNO^-電子數(shù)為22，與CNO^-互為等電子體微粒為CO₂，CO₂是直線型分子，等電子體的結(jié)構(gòu)相似，所以CNO^-的空間構(gòu)型是直線型；
故答案為：N≡C-O-H；sp；直線型；
（2）反應(yīng)Cr₂O₃+2Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cr+Al₂O₃是放熱，△H＜O，由反應(yīng)熱△H=反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能可知Cr-O鍵的鍵能小于Al-O鍵，Al-O穩(wěn)定性更強(qiáng)；氣態(tài)氯化鋁（Al₂Cl₆）是具有配位鍵的化合物，可溶于非極性溶劑，根據(jù)相似相溶原理可知該分子是非極性分子，Cl原子最外層有7個(gè)電子，只能與Al原子各提供1個(gè)電子形成一個(gè)共價(jià)鍵，使自己達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)．Al原子最外層有3個(gè)電子，可分別與3個(gè)Cl原子形成共價(jià)鍵，因而Cl原子與2個(gè)Al原子形成的化學(xué)鍵中，必有1個(gè)是配位鍵，由于電子對(duì)由Cl原子提供，這樣Cl原子最外層電子數(shù)仍為8，Al原子最外層也成為8電子結(jié)構(gòu)，如圖所示：；
故答案為：Al-O；非極性；；
（3）δ、α兩種晶胞中鐵原子的配位數(shù)分別為8、6，則配位數(shù)之比為8：6=4：3；若α-Fe晶胞邊長(zhǎng)為acm，γ-Fe晶胞邊長(zhǎng)為bcm，則兩種晶體中鐵原子個(gè)數(shù)之比=（1+8×$\frac{1}{8}$）：（8×$\frac{1}{8}$）=2：1，密度比=$\frac{\frac{56}{NA}×2}{a3}$：$\frac{\frac{56}{NA}}{b3}$=2b³：a³；
故答案為：4：3；2b³：a³；
（4）Ni的原子序數(shù)為28，電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸4s²，基態(tài)Ni²⁺核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸，3d有8個(gè)電子，其中2個(gè)單電子；其納米粒子的直徑為Dnm=D×10^-7m，表面積為4π（$\frac{D}{2}$×10^-7）²cm²=4π（$\frac{D}{2}$×10^-7）²×10^-4 m²=4π（$\frac{D}{2}$×10^-7）²×10^-4 m²=πD²×10^-18m²，體積為$\frac{4}{3}$π（$\frac{D}{2}$×10^-7）³cm³，納米粒子的質(zhì)量為$\frac{4}{3}$π（$\frac{D}{2}$×10^-7）³cm³×ρg/cm³=$\frac{4}{3}$π（$\frac{D}{2}$×10^-7）³×ρg=$\frac{πD{\;}^{3}ρ}{6}$×10^-21g，比表面積為$\frac{π{D}^{2}×1{0}^{-18}{m}^{2}}{\frac{π{D}^{3}ρ}{6}×1{0}^{-21}g}$=$\frac{6000}{Dρ}$；
故答案為：2；$\frac{6000}{Dρ}$；

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)的結(jié)構(gòu)中的分子極性、原子的雜化、化學(xué)鍵、配位數(shù)的判斷、晶胞的計(jì)算等知識(shí)，難度一般，注意配位鍵結(jié)構(gòu)式中箭頭的方向．