Question

14．第四周期過渡金屬及其化合物在合金材料以及催化劑等方面應用廣泛．請回答下列問題：
（1）鎳在周期表中的位置第四周期第Ⅷ族，F(xiàn)e²⁺的價電子有6種不同運動狀態(tài)的電子．
（2）NiO、FeO的晶體結構類型均與氯化鈉的相同，Ni²⁺和Fe²⁺的離子半徑分別為69pm和78pm，則熔點FeO＜NiO （填“＜”或“＞”），解釋原因NiO和FeO均為離子晶體，它們的陰陽離子所帶電荷均相同，但Ni²⁺半徑小，因而NiO晶體晶格能大，所以熔沸點高于FeO；
（3）通過X射線推測膽礬中既含有配位鍵，又含有氫鍵，其結構示意圖可簡單表示如圖1：
①礬的化學式用配合物的形式表示為[Cu（H₂O）₄]SO₄•H₂O．
②實驗測得冰中氫鍵的作用力為18.5kJ/mol，而冰的熔化熱為5.0kJ/mol，這說明氫鍵沒有完全被破壞；
（4）鐵有δ、γ、α三種同素異形體，各晶胞如圖2：
①則δ、γ、α三種晶胞中鐵原子的配位數(shù)之比為4：6：3．
②設α-Fe晶胞邊長為a cm，δ-Fe晶胞邊長為b cm，計算確定α-Fe和δ-Fe兩種晶體的密度比為：b³：2a³．（用a、b的代數(shù)式表示）
③如已知γ型晶體鐵的密度為ag/cm³，鐵的摩爾質量為bg/mol，則鐵原子的半徑r=$\frac{\sqrt{2}}{4}$×$\root{3}{\frac{4b}{a{N}_{A}}}$cm（列式計算，NA表示阿伏伽德羅常數(shù)值）

Answer 1

分析 （1）鎳在周期表中的位置：第四周期第Ⅷ族，F(xiàn)e²⁺的價電子排布式為3d⁶；
（2）離子所帶電荷相同，陰離子均為氧離子，陽離子離子半徑越大，晶格能越小，熔點越低；
（3）①Cu²⁺與水分子之間形成配位鍵，硫酸根與水分子之間形成氫鍵，配離子之間通過氫鍵理解；
②實驗測得冰中氫鍵的作用力為18.5kJ/mol，而冰的熔化熱為5.0kJ/mol，說明氫鍵沒有完全破壞；
（4）①δ-Fe為體心立方密堆積，配位數(shù)為8，γ-Fe為面心立方密堆積，配位數(shù)為12，α=Fe為簡單立方堆積，配位數(shù)為6；
②利用均攤法計算晶胞中Fe原子數(shù)目，進而計算晶胞質量，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計算晶胞密度；
③利用均攤法計算晶胞中Fe原子數(shù)目，進而計算晶胞質量，根據(jù)V=$\frac{m}{ρ}$計算晶胞體積，晶胞棱長=$\root{3}{V}$，處于面對角線上的原子相鄰，則4r=$\root{3}{V}$×$\sqrt{2}$．

解答 解：（1）鎳在周期表中的位置：第四周期第Ⅷ族，F(xiàn)e²⁺的價電子排布式為3d⁶，價電子有6種不同運動狀態(tài)的電子，故答案為：第四周期第Ⅷ族；6；
（2）NiO和FeO均為離子晶體，它們的陰陽離子所帶電荷均相同，但Ni²⁺半徑小，因而NiO晶體晶格能大，所以熔沸點高于FeO，
故答案為：＜；NiO和FeO均為離子晶體，它們的陰陽離子所帶電荷均相同，但Ni²⁺半徑小，因而NiO晶體晶格能大，所以熔沸點高于FeO；
（3）①Cu²⁺與水分子之間形成配位鍵，硫酸根與水分子之間形成氫鍵，配離子之間通過氫鍵理解，膽礬的化學式為：[Cu（H₂O）₄]SO₄•H₂O，故答案為：[Cu（H₂O）₄]SO₄•H₂O；
②實驗測得冰中氫鍵的作用力為18.5kJ/mol，而冰的熔化熱為5.0kJ/mol，說明氫鍵沒有完全破壞，故答案為：氫鍵沒有完全被破壞；
（4）①δ-Fe為體心立方密堆積，配位數(shù)為8，γ-Fe為面心立方密堆積，配位數(shù)為12，α=Fe為簡單立方堆積，配位數(shù)為6，則δ、γ、α三種晶胞中鐵原子的配位數(shù)之比為8：12：6=4：6：3，故答案為：4：6：3；
②設α-Fe晶胞邊長為a cm，體積為（a cm）³，晶胞中Fe原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$=1，晶胞質量為$\frac{56}{{N}_{A}}$g，故晶體密度為$\frac{56}{{N}_{A}}$g÷（a cm）³=$\frac{56}{{a}^{3}{N}_{A}}$g/cm³，
δ-Fe晶胞邊長為b cm，體積為（b cm）³，晶胞中Fe原子數(shù)目為1+8×$\frac{1}{8}$=2，晶胞質量為$\frac{2×56}{{N}_{A}}$g，故晶體密度為為$\frac{2×56}{{N}_{A}}$g÷（b cm）³=$\frac{2×56}{^{3}{N}_{A}}$g/cm³，
則α-Fe和δ-Fe兩種晶體的密度比為 $\frac{56}{{a}^{3}{N}_{A}}$g/cm³：$\frac{2×56}{^{3}{N}_{A}}$g/cm³=b³：2a³，
故答案為：b³：2a³；
③γ型晶體鐵晶胞中Fe原子數(shù)目為6×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{8}$=4，晶胞質量為$\frac{4×b}{{N}_{A}}$g，γ型晶體鐵的密度為ag/cm³，晶胞體積為$\frac{4×b}{{N}_{A}}$g÷ag/cm³=$\frac{4b}{a{N}_{A}}$cm³，則晶胞棱長=$\root{3}{\frac{4b}{a{N}_{A}}}$cm，處于面對角線上的原子相鄰，則4r=$\root{3}{\frac{4b}{a{N}_{A}}}$cm×$\sqrt{2}$，故r=$\frac{\sqrt{2}}{4}$×$\root{3}{\frac{4b}{a{N}_{A}}}$cm，
故答案為：$\frac{\sqrt{2}}{4}$×$\root{3}{\frac{4b}{a{N}_{A}}}$．

點評 本題是對物質結構的考查，涉及核外電子排布、晶體類型與性質、配合物、氫鍵、晶胞計算等，需要學生具備扎實的基礎與一定的數(shù)學計算能力，難度中等．