Question

6．第四周期過渡元素Mn、Fe、Ti、Ni可與C、H、O形成多種化合物．
（1）下列敘述正確的是AD．（填字母）
A．CH₂O與水分子間能形成氫鍵
B．CH₂O和CO₂分子中的中心原子均采用sp²雜化
C．C₆H₆分子中含有6個σ鍵和1個大π鍵，C₆H₆是非極性分子
D．CO₂晶體的熔點、沸點都比二氧化硅晶體的低
（2）Mn和Fe的部分電離能數(shù)據(jù)如下表：

元    素		Mn	Fe
電離能 /kJ•mol-1	I1	717	759
	I2	1509	1561
	I3	3248	2957

Mn原子價電子排布式為3d⁵4s²，氣態(tài)Mn²⁺再失去一個電子比氣態(tài)Fe²⁺再失去一個電子難，其原因是由Mn²⁺轉(zhuǎn)化為Mn³⁺時，3d能級由較穩(wěn)定的3d⁵半充滿狀態(tài)轉(zhuǎn)為不穩(wěn)定的3d⁴狀態(tài)需要的能量較多，而Fe²⁺到Fe³⁺時，3d能級由不穩(wěn)定的3d⁶到穩(wěn)定的3d⁵半充滿狀態(tài)，需要的能量相對要少．
（3）根據(jù)元素原子的外圍電子排布，可將元素周期表分區(qū)，其中Ti屬于d區(qū)．Ti的一種氧化物X，其晶胞結構如圖1所示，則X的化學式為TiO₂．

（4）某鐵的化合物結構簡式如圖2所示
①組成上述化合物中各非金屬元素電負性由大到小的順序為O＞N＞C＞H （用元素符號表示）
②在圖2中用“→”標出亞鐵離子的配位鍵．
（5）NiO（氧化鎳）晶體的結構與NaCl相同，Ni²⁺與最鄰近O^2-的配位數(shù)為6，這幾個O^2-構成的空間構型為正八面體．已知Ni²⁺與O^2-的核間距為anm，NiO的摩爾質(zhì)量為M g/mol，阿伏加德羅常數(shù)用N_A表示，則該晶體的密度為$\frac{M×1{0}^{21}}{2{a}^{3}{N}_{A}}$ g/cm³．

Answer 1

分析 （1）A．甲醛中氧元素電負性很大，與水分子中H原子可以形成氫鍵；
B．CH₂O分子中C原子形成3個σ鍵，而CO₂分子中C原子形成2個σ鍵，均沒有孤電子對；
C．C₆H₆分子中含有12個σ鍵和1個大π鍵；
D．二氧化碳晶體屬于分子晶體，二氧化硅屬于原子晶體．
（2）Mn元素的原子序數(shù)是24號元素，其原子核外有24個電子，根據(jù)構造原理書寫其價電子排布式；原子軌道處于半滿、全滿、全空時能量更低穩(wěn)定；
（3）元素周期表根據(jù)元素原子的外圍電子排布的特征分成五個區(qū)域：s區(qū)、p區(qū)、d區(qū)、ds區(qū)、f區(qū)，s區(qū)為第ⅠA、ⅡA族，p區(qū)為第ⅢA到零族，d區(qū)包括從第ⅢB族～ⅦB族、第Ⅷ八族，ds區(qū)為第ⅠB、ⅡB族，f區(qū)為鑭系和錒系；
根據(jù)均攤法計算晶胞中Ti、O原子數(shù)目，進而確定化學式；
（4）①同周期從左向右電負性逐漸增大，非金屬性越強電負性越大；
②形成8電子穩(wěn)定結構時，N原子形成3個共價鍵，微粒中N原子形成4個鍵，其中1個是N原子與亞鐵離子形成的配位鍵；
（5）NiO（氧化鎳）晶體的結構與NaCl相同，離子配位數(shù)為6；
以晶胞體心的Ni²⁺研究，與之最鄰近的6個O^2-位于面心，這幾個O^2-構成的空間構型為正八面體；
已知Ni²⁺與O^2-的核間距為a nm，則晶胞棱長為2a nm，晶胞中Ni²⁺、O^2-離子數(shù)目均為4，表示出晶胞的質(zhì)量，再根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計算晶體密度．

解答 解：（1）A．甲醛中氧元素電負性很大，與水分子中H原子可以形成氫鍵，故A正確；
B．CH₂O分子中C原子形成3個σ鍵，而CO₂分子中C原子形成2個σ鍵，均沒有孤電子對，HCHO分子中C原子采用sp²雜化，二氧化碳分子中C原子為sp雜化，故B錯誤；
C．C₆H₆分子中含有12個σ鍵和1個大π鍵，故C錯誤；
D．二氧化碳晶體是分子晶體，二氧化硅晶體是原子晶體，所以CO₂晶體的熔點、沸點都比二氧化硅晶體的低，故D正確，
故答案為：AD；
（2）Mn元素的原子序數(shù)是24號元素，其原子核外有24個電子，根據(jù)構造原理書寫其基態(tài)原子核外電子排布式為[Ar]3d⁵4s²，其價電子排布式為3d⁵4s²，
Mn²⁺轉(zhuǎn)化為Mn³⁺時，3d能級由較穩(wěn)定的3d⁵半充滿狀態(tài)轉(zhuǎn)為不穩(wěn)定的3d⁴狀態(tài)需要的能量較多，而Fe²⁺到Fe³⁺時，3d能級由不穩(wěn)定的3d⁶到穩(wěn)定的3d⁵半充滿狀態(tài)，需要的能量相對要少，
故答案為：3d⁵4s²；由Mn²⁺轉(zhuǎn)化為Mn³⁺時，3d能級由較穩(wěn)定的3d⁵半充滿狀態(tài)轉(zhuǎn)為不穩(wěn)定的3d⁴狀態(tài)需要的能量較多，而Fe²⁺到Fe³⁺時，3d能級由不穩(wěn)定的3d⁶到穩(wěn)定的3d⁵半充滿狀態(tài)，需要的能量相對要少；
（3）Ti處于第四周期第ⅣB族，屬于d區(qū)元素，每個晶胞中含有鈦原子數(shù)為8×$\frac{1}{8}$+1=2，氧原子數(shù)為4×$\frac{1}{2}$+2=4，故化學式為TiO₂，
故答案為：d；TiO₂；
（4）①同周期從左向右電負性逐漸增大，非金屬性越強電負性越大，故電負性大小為O＞N＞C＞H，
故答案為：O＞N＞C＞H；
②形成8電子穩(wěn)定結構時，N原子形成3個共價鍵，微粒中N原子形成4個鍵，其中1個是N原子與亞鐵離子形成的配位鍵，標出配位鍵為：，
故答案為：；
（5）NiO（氧化鎳）晶體的結構與NaCl相同，Ni²⁺與最鄰近O^2-的配位數(shù)為6，以晶胞體心的Ni²⁺研究，與之最鄰近的6個O^2-位于面心，這幾個O^2-構成的空間構型為正八面體；
Ni²⁺與O^2-的核間距為a nm，則晶胞棱長為2a nm，晶胞中Ni²⁺、O^2-離子數(shù)目均為4，晶胞的質(zhì)量為6×$\frac{Mg/mol}{{N}_{A}mo{l}^{-1}}$，則晶體密度為4×$\frac{Mg/mol}{{N}_{A}mo{l}^{-1}}$÷（2a×10^-7cm）³=$\frac{M×1{0}^{21}}{2{a}^{3}{N}_{A}}$g/cm³，
故答案為：6；正八面體；$\frac{M×1{0}^{21}}{2{a}^{3}{N}_{A}}$．

點評 本題是對物質(zhì)結構與性質(zhì)的考查，涉及氫鍵、雜化方式、化學鍵、電負性、核外電子排布、晶胞計算等，是對物質(zhì)結構主干知識的綜合考查，需要學生具備扎實的基礎，注意識記中學常見晶胞結構，難度中等．