Question

20．周期表中第ⅡA族元素都為金屬元素．
（1）鈹隨為第ⅡA元素，但卻與第ⅢA族鋁元素性質(zhì)更相近，如二者的氯化物都為共價化合物，都易形成共聚分子．

①在多聚氯化鈹中，鈹原子的軌道雜化類型為sp³雜化，AlCl₃易于Cl^-結(jié)合生成[AlCl₄]的結(jié)構(gòu)式為（若有配位鍵，用“→”表示），[AlCl₄]的立體構(gòu)型名稱為正四面體形．
②在[AlCl₄]中，鋁原子價電子在雜化軌道中的排布圖為，鈹與鋁元素性質(zhì)相近的原因是Be與Al的電負性相近．
（2）鎂與鋁同為第三周期元素，設(shè)鎂的電離能為I₁、I₂、I₃…，鋁的電離能為I₁′、I₂′、I₃′…，下列關(guān)于鎂和鋁電離能的描述不正確的是B
A．I₁＜I₂＜I₃＜I₄     B．I₃+I₂＜I₂+I₁     C．I₂-I₁′＜I₂-I₁      D．I₂′＞I₂：I₁′＜I₁
（3）碳酸鹽的陽離子不同，熱分解的溫度不同，MgCO₃、CaCO₃、SrCO₃、BaCO₃的熱穩(wěn)定性有強到弱的順序為BaCO₃＞SrCO₃＞CaCO₃＞MgCO₃，其原因是碳酸鹽分解的本質(zhì)為CO₃^2-生成CO₂和O^2-，O^2-與金屬陽離子結(jié)合的過程，而MgO晶格能最大最穩(wěn)定，故MgCO₃最易分解（或離子晶體中陽離子的半徑越小，結(jié)合碳酸根中的氧離子越容易）
（4）硅是構(gòu)成礦物和巖石的主要元素，巖漿中MgSiO₃、CaSiO₃、SrSiO₃、BaSiO₃晶出的先后順序為MgSiO₃＞CaSiO₃＞SrSiO₃＞BaSiO₃
（5）鎂晶體的堆積方式為ABA型，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖2所示，該堆積方式的空間利用率為$\frac{\sqrt{2}π}{6}$（用含π的式子表示）

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)氯化鈹?shù)慕Y(jié)構(gòu)圖可知，鈹原子周圍有四個共價鍵，提供四個用于成鍵的軌道；[AlCl₄]的結(jié)構(gòu)中，每個鋁原子和四個氯原子形成共價鍵，且其中一個共用電子對是氯原子提供形成的配位鍵；根據(jù)雜化軌道了理論判斷[AlCl₄]的立體構(gòu)型；
②在[AlCl₄]中，鋁原子價電子為sp³雜化，據(jù)此書寫排布圖，有些元素的化學(xué)性質(zhì)和它在周期表中左上方或右下方另一主族元素電負性相近，性質(zhì)相似，據(jù)此分析鈹與鋁元素性質(zhì)相近的原因；
（2）氣態(tài)原子或氣態(tài)離子失去一個電子所需要的最小能量稱為元素的電離能，同周期自左而右元素的第一電離能呈增大趨勢，但ⅡA族最外層為ns能級容納2個電子，為全滿確定狀態(tài)，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素，一般失去一個電子為第一電離能，以此類推；
（3）碳酸鹽分解的本質(zhì)為CO₃^2-生成CO₂和O^2-，離子半徑越小，離子鍵越強，晶格能越大，熱穩(wěn)定性越好；
（4）晶體熔點較高容易在巖漿冷卻過程中先結(jié)晶，晶格能越大，離子鍵越強，熔點越高；
（5）鎂晶體的堆積方式為ABA型，屬于六方最密堆積，積方式的空間利用率為=$\frac{V球}{V晶胞}$，據(jù)此計算空間利用率．

解答 解：（1）?根據(jù)氯化鈹?shù)慕Y(jié)構(gòu)圖可知，鈹原子周圍有四個共價鍵（其中有兩個是配位鍵），所以要進行sp3雜化，從而提供四個用于成鍵的軌道，鋁原子最外層電子只有3個電子，形成3個共價鍵，[AlCl₄]的結(jié)構(gòu)中，每個鋁原子和四個氯原子形成共價鍵，且其中一個共用電子對是氯原子提供形成的配位鍵，結(jié)構(gòu)式為：，中心原子Al的價層電子對數(shù)4，雜化類型為sp³，立體構(gòu)型為：正四面體形，
故答案為：sp³；  ；正四面體形；
?②鋁位于周期表中第三周期第IIIA，其核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p¹或[Ne]3s²3p¹，在[AlCl₄]中，結(jié)構(gòu)式為：，中心原子Al的價層電子對數(shù)4，雜化類型為sp³，所以價電子在雜化軌道中的排布圖為，Al與Be在周期表中處對角線，電負性相近，性質(zhì)相似，與強酸、強堿均反應(yīng)，
故答案為：； Be與Al的電負性相近；

（2）A．鎂的電離能為I₁、I₂、I₃…，失去第一個電子比第二個電子需能量低，以此類推，所以I₁＜I₂＜I₃＜I₄，故A正確；
B．由I₃+I₂＜I₂+I₁ 可知I₃＜I₁，與失去第一個電子比第三個電子需能量低矛盾，故B錯誤；
C．同周期從左到右第一電離能依次增大，但鎂，鋁特殊，理由是鎂的價電子排布是3s²，3p軌道全空較穩(wěn)定，而鋁是3s²3p¹則不是全滿，全空，半空中任意一種情況，不穩(wěn)定，故鋁的第一電離能比鎂小，所以I₂-I₁′＜I₂-I₁，故C正確；
D．鋁的第一電離能比鎂小，所以I₁′＜I₁，3p軌道全空較穩(wěn)定，所以I₂′＞I₂，故D正確；
故答案為：B；
（3）碳酸鹽分解的本質(zhì)為CO₃^2-生成CO₂和O^2-，O^2-與金屬陽離子結(jié)合的過程，MgO、CaO、SrO、BaO，陽離子相同，鎂離子半徑最小，MgO晶格能最大最穩(wěn)定，故MgCO₃最易分解（或離子晶體中陽離子的半徑越小，結(jié)合碳酸根中的氧離子越容易），所以MgCO₃、CaCO₃、SrCO₃、BaCO₃的熱穩(wěn)定性有強到弱的順序為BaCO₃＞SrCO₃＞CaCO₃＞MgCO₃，
故答案為：BaCO₃＞SrCO₃＞CaCO₃＞MgCO₃；碳酸鹽分解的本質(zhì)為CO₃^2-生成CO₂和O^2-，O^2-與金屬陽離子結(jié)合的過程，而MgO晶格能最大最穩(wěn)定，故MgCO₃最易分解（或離子晶體中陽離子的半徑越小，結(jié)合碳酸根中的氧離子越容易）；
（4）MgSiO₃、CaSiO₃、SrSiO₃、BaSiO₃都為離子晶體，陰離子相同，都為SiO₃^2-，陽離子半徑：Mg ²⁺＜Ca²⁺＜Sr²⁺＜Ba²⁺，所以晶格能MgSiO₃＞CaSiO₃＞SrSiO₃＞BaSiO₃，晶體熔點較高容易在巖漿冷卻過程中先結(jié)晶，所以巖漿中MgSiO₃、CaSiO₃、SrSiO₃、BaSiO₃晶出的先后順序為：MgSiO₃＞CaSiO₃＞SrSiO₃＞BaSiO₃，
故答案為：MgSiO₃＞CaSiO₃＞SrSiO₃＞BaSiO₃；
（5）鎂晶體的堆積方式為ABA型，屬于六方最密堆積，設(shè)平行六邊形各邊長為a=2r，如圖：，平行四邊形的面積s=a×asin60°=$\frac{\sqrt{3}}{2}$a²，h=2×邊長為a的四面體的高=2×$\frac{\sqrt{6}}{3}$a=$\frac{2\sqrt{6}}{3}$a，V晶胞=Sh=$\frac{\sqrt{3}}{2}$a²×$\frac{2\sqrt{6}}{3}$a=$\sqrt{2}$a³=8$\sqrt{2}$r³，V球=2×$\frac{4}{3}$×π×r³，該堆積方式的空間利用率為=$\frac{V球}{V晶胞}$=$\frac{\sqrt{2}π}{6}$，

故答案為：$\frac{\sqrt{2}π}{6}$．

點評 本題考查了金屬晶體結(jié)構(gòu)，題目難度中等，注意掌握典型晶體晶胞結(jié)構(gòu)，明確堆積方式的空間利用率的含義是解答（5）關(guān)鍵，為學(xué)習(xí)的難點，雜化理論是物質(zhì)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)的重點．