Question

13．四川含有豐富的礦產(chǎn)資源，釩礦、硫鐵礦、銅礦等七種礦產(chǎn)儲量位居全國前列．回答下列問題：
（1）釩在元素周期表中的位置為第四周期ⅤB族，V³⁺的價(jià)電子排布圖為．
（2）釩的某種氧化物的晶胞結(jié)構(gòu)如圖1所示，其晶體的化學(xué)式為VO₂
（3）V₂O₅常用作SO₂ 轉(zhuǎn)化為SO₃的催化劑．SO₂ 分子中鍵角＜120°（填“＞”、“＜”或“=”）； SO₃的三聚體環(huán)狀結(jié)構(gòu)如圖2所示，該結(jié)構(gòu)中S-O鍵長有兩類，一類鍵長約140pm，另一類鍵長約為160pm，較短的鍵為a（填圖2中字母），該分子中含有12個(gè)σ鍵．

（4）V₂O₅ 溶解在NaOH溶液中，可得到釩酸鈉（Na₃VO₄），該鹽陰離子的立體構(gòu)型為正四面體形，例舉與VO₄^3-空間構(gòu)型相同的一種陽離子和一種陰離子NH₄⁺、SO₄^2-（填化學(xué)式）；也可以得到偏釩酸鈉，其陰離子呈如圖3所示的無限鏈狀結(jié)構(gòu)，則偏釩酸鈉的化學(xué)式為NaVO₃．
（5）硫能形成很多種含氧酸，如H₂SO₃、H₂SO₄．硫的某種含氧酸分子式為H₂S₂O₇，屬于二元酸，已知其結(jié)構(gòu)中所有原子都達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，且不存在非極性鍵，試寫出其結(jié)構(gòu)式（配位鍵須注明）．
（6）利用銅萃取劑M，通過如下反應(yīng)實(shí)現(xiàn)銅離子的富集：

M與W（分子結(jié)構(gòu)如圖）相比，M的水溶性小，更利于Cu²⁺的萃�。甅水溶性小的主要原因是M能形成分子內(nèi)氫鍵，使溶解度減�。�

Answer 1

分析 （1）釩的核電荷數(shù)為23，則可以推知釩在元素周期表中的位置為第4周期ⅤB族，根據(jù)核外電子的軌道能量排布順序知，1s＜2s＜2p＜3s＜3p＜4s＜3d＜4p，因此推斷其電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s²，注意由于4s軌道能量比3d軌道能量低，因此先排4s軌道，V失去最外層的2個(gè)電子后，3d上再失去1個(gè)電子得到V³⁺，因此V³⁺價(jià)電子排布式為3d²，以此書寫電子排布圖；
（2）由晶胞可知，V位于頂點(diǎn)和體心，O有4個(gè)位于面心，2個(gè)位于體心，用均攤法計(jì)算；
（3）SO₂分子中S原子形成2個(gè)δ鍵，孤電子對數(shù)為 $\frac{6-2×2}{2}$=1，則SO₂分子空間構(gòu)型為V形，孤對電子的排斥作用力強(qiáng)，鍵角應(yīng)小于120°；SO₃的三聚體中S原子形成4個(gè)δ鍵，為sp³雜化；SO₃的三聚體中每個(gè)S形成S=O鍵和S-O鍵，S=O鍵長較短，即a較短，該分子中含有σ鍵數(shù)目為3×4=12；
（4）VO₄^3-中，V形成4個(gè)δ鍵，孤電子對數(shù)為 $\frac{5+3-4×2}{2}$=0，為正四面體結(jié)構(gòu)，與VO₄^3-空間構(gòu)型相同的一種陽離子和一種陰離子是NH₄⁺、SO₄^2-，由鏈狀結(jié)構(gòu)可知每個(gè)V與3個(gè)O形成陰離子，且V的化合價(jià)為+5價(jià)，以此判斷形成的化合物的化學(xué)式；
（5）含氧酸H₂S₂O₇屬于二元酸，其結(jié)構(gòu)中所有原子都達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，且不存在非極性鍵，不存在氧原子之間、S原子之間形成的共價(jià)鍵，故S原子與氧原子之間形成共價(jià)鍵，O原子與H原子之間形成共價(jià)鍵，且每個(gè)S提供孤對電子與2個(gè)O原子形成2個(gè)配位鍵；
（6）分子內(nèi)氫鍵的存在，導(dǎo)致水溶性減小，據(jù)此解答即可．

解答 解（1）釩的核電荷數(shù)為23，則可以推知釩在元素周期表中的位置為第四周期ⅤB族，根據(jù)核外電子的軌道能量排布順序知，1s＜2s＜2p＜3s＜3p＜4s＜3d＜4p，因此推斷其電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s²，注意由于4s軌道能量比3d軌道能量低，因此先排4s軌道，V失去最外層的2個(gè)電子后，3d上再失去1個(gè)電子得到V³⁺，因此V³⁺價(jià)電子排布式為3d²，價(jià)電子排布圖為，
故答案為：第四周期ⅤB族；；
（2）由晶胞可知，V位于頂點(diǎn)和體心，陽離子個(gè)數(shù)為1+8×$\frac{1}{8}$=2，O有4個(gè)位于面心，2個(gè)位于體心，則陰離子個(gè)數(shù)為4×$\frac{1}{2}$+2=4，則晶體的化學(xué)式為：VO₂，
故答案為：VO₂；
（3）SO₂分子中S原子形成2個(gè)δ鍵，孤電子對數(shù)為 $\frac{6-2×2}{2}$=1，則SO₂分子空間構(gòu)型為V形，孤對電子的排斥作用力強(qiáng)，鍵角應(yīng)小于120°；SO₃的三聚體中S原子形成4個(gè)δ鍵，為sp³雜化；SO₃的三聚體中每個(gè)S形成S=O鍵和S-O鍵，S=O鍵長較短，即a較短，該分子中含有σ鍵數(shù)目為3×4=12，
故答案為：＜；a；12；
（4）VO₄^3-中，V形成4個(gè)δ鍵，孤電子對數(shù)為 $\frac{5+3-4×2}{2}$=0，為正四面體結(jié)構(gòu)，與VO₄^3-空間構(gòu)型相同的一種陽離子和一種陰離子是NH₄⁺、SO₄^2-，由鏈狀結(jié)構(gòu)可知每個(gè)V與3個(gè)O形成陰離子，且V的化合價(jià)為+5價(jià)，則形成的化合物化學(xué)式為NaVO₃，
故答案為：正四面體；NH₄⁺、SO₄^2-；NaVO₃；
（5）含氧酸H₂S₂O₇屬于二元酸，已知其結(jié)構(gòu)中所有原子都達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，且不存在非極性鍵，不存在氧原子之間、S原子之間形成的共價(jià)鍵，故S原子與氧原子之間形成共價(jià)鍵，O原子與H原子之間形成共價(jià)鍵，且每個(gè)S提供孤對電子與2個(gè)O原子形成2個(gè)配位鍵，其結(jié)構(gòu)式為，
故答案為：；
（6）由于M能形成分子內(nèi)氫鍵，使溶解度減小，
故答案為：M能形成分子內(nèi)氫鍵，使溶解度減�。�

點(diǎn)評 綜合考查物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，涉及價(jià)電子排布圖、微粒結(jié)構(gòu)、晶胞結(jié)構(gòu)與計(jì)算、配合物、空間構(gòu)型等，側(cè)重于學(xué)生的分析能力的考查，難度中等．