Question

3．化學中的某些元素與生命活動密不可分．請回答下列問題：
（1）（NH₄）₂SO₄是一種重要的化學肥料，其中N、S原子的雜化方式分別是sp³、sp³，SO₄^2-的空間構型為正四面體．
（2）鈣是兒童生長不可缺少的元素，基態(tài)鈣原子中，電子沒有全充滿的能層是M能層和N能層．
（3）金屬鐵、鎳及其形成的許多化合物常用作催化劑．已知NiO、FeO的晶體類型均與氯化鈉晶體相同，熔點 NiO＞FeO，推測 Ni²⁺和 Fe²⁺離子半徑的大小關系是r（Ni²⁺）＜r（Fe²⁺），作出判斷的依據是NiO、FeO都是離子晶體，熔點NiO＞FeO，NiO的晶格能較大，陰離子相同，且陰、陽離子所帶電荷數相同，所以r（Ni²⁺）＜r（Fe²⁺）．
（4）某金屬是抗癌藥物中的明星元素，其晶體中原子的堆積方式如圖所示．晶胞中金屬原子的配位數為12．若已知金屬的摩爾質量為M g/mol，阿伏加德羅常數為N_A，原子半徑為rpm，則該晶胞的密度為 ρ=$\frac{4M}{{N}_{A}×（2\sqrt{2}r×1{0}^{-10}）^{3}}$ g/cm³．（用含M、N_A、r的計算式表示，不用化簡）

Answer 1

分析 （1）NH₄⁺中N原子價層電子對數為4+$\frac{5-1-1×4}{2}$=4，則雜化軌道數目為4，SO₄^2-中S原子孤電子對數=$\frac{6+2-2×4}{2}$=0，價層電子對數=4+0=4，雜化軌道數目為4；
（2）基態(tài)鈣原子的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²2p⁶4s²；
（3）、FeO的晶體類型均與氯化鈉晶體相同，均屬于離子晶體，熔點 NiO＞FeO，則晶格能NiO＞FeO，陰離子相同，且陰、陽離子所帶電荷數相同，離子半徑越小，晶格能越大；
（4）由堆積方式可知為ABCABCABC型堆積方式，為面心立方密堆積，配位數為12，根據均攤法計算晶胞中原子數目，表示出晶胞質量，處于晶胞面對角線上的原子相鄰，原子半徑為r pm，則晶胞棱長為4r pm×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=2$\sqrt{2}$r pm，再根據ρ=$\frac{m}{V}$計算．

解答 解：（1）NH₄⁺中N原子價層電子對數為4+$\frac{5-1-1×4}{2}$=4，則雜化軌道數目為4，SO₄^2-中S原子孤電子對數=$\frac{6+2-2×4}{2}$=0，價層電子對數=4+0=4，雜化軌道數目為4，所以N、S原子雜化方式都是sp³雜化，SO₄^2-中S原子價層電子對個數是4，沒有孤電子對，則應為正四面體結構，
故答案為：sp³、sp³；正四面體；
（2）基態(tài)鈣原子的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²2p⁶4s²，M層排滿應該是18個電子，N層排滿應該是32個電子，所以沒有排滿的電子層為M能層和N能層；，
故答案為：M能層和N能層；
（3）NiO、FeO的晶體結構類型均與氯化鈉的相同，說明二者都是離子晶體，熔點 NiO＞FeO，則晶格能NiO＞FeO，陰離子相同，且陰、陽離子所帶電荷數相同，離子半徑越小，晶格能越大，所以r（Ni²⁺）＜r（Fe²⁺），
故答案為：r（Ni²⁺）＜r（Fe²⁺）；NiO、FeO都是離子晶體，熔點NiO＞FeO，NiO的晶格能較大，陰離子相同，且陰、陽離子所帶電荷數相同，所以r（Ni²⁺）＜r（Fe²⁺）；
（4）由堆積方式可知為ABCABCABC型堆積方式，為面心立方密堆積，配位數為12，
晶胞中原子數為$\frac{1}{2}$×6+$\frac{1}{8}$×8=4，晶胞的質量為m=$\frac{4M}{{N}_{A}}$g，原子半徑為r pm，則晶胞棱長為4r pm×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=2$\sqrt{2}$r pm，則晶胞密度ρ=$\frac{4M}{{N}_{A}}$g÷（2$\sqrt{2}$r×10^-10cm）³=$\frac{4M}{{N}_{A}×（2\sqrt{2}r×1{0}^{-10}）^{3}}$g/cm³，
故答案為：12；$\frac{4M}{{N}_{A}×（2\sqrt{2}r×1{0}^{-10}）^{3}}$．

點評 本題是對物質結構與性質的考查，涉及核外電子排布、雜化方式與空間構型的判斷、晶體類型與性質晶胞的計算等，需要學生具有一定的空間想象與數學計算能力，題目難度中等．