Question

【題目】物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，新材料的不斷涌現(xiàn)有力地促進(jìn)了社會(huì)進(jìn)步，因此了解物質(zhì)結(jié)構(gòu)具有重要意義。試回答下列問(wèn)題：

（1）基態(tài)鐵原子中未成對(duì)電子數(shù)為_________，在水溶液中常以Fe2+、Fe3+的形式存在，其中________更穩(wěn)定。

（2）OF2中氧元素的化合價(jià)為____，中心原子的雜化方式為___，OF2的分子極性比H2O的__________（選填“大”或“小”）。

（3）一種新型鋁離子電池中的電解質(zhì)溶液由某種有機(jī)陽(yáng)離子與AlCl4﹣、Al2Cl7﹣構(gòu)成，AlCl4﹣的立體構(gòu)型為_________，Al2Cl7﹣中的原子都是8電子結(jié)構(gòu)，則Al2Cl7﹣的結(jié)構(gòu)式為（配位鍵用“→”表示）__________。

（4）FeO晶體與NaCl晶體結(jié)構(gòu)相似，要比較FeO與NaCl的晶格能大小，還需要知道的數(shù)據(jù)是___________；

（5）氮化鋁、氮化硼、氮化鎵晶體的結(jié)構(gòu)與金剛石相似，它們晶體的熔點(diǎn)由高到低的順序是___________。

（6）NH3分子中∠HNH鍵角為106.7，而配離子[Zn(NH3)6]2+中∠HNH鍵角為109.5， 配離子[Zn(NH3)6]2+中∠HNH鍵角變大的原因是_____。

（7）下圖是Fe3O4晶體的晶胞。

①晶胞中亞鐵離子處于氧離子圍成的______(選填“正方形”、“正四面體”或“正八面體”)空隙。

②晶胞中氧離子的堆積方式的名稱(chēng)為________。

③若晶胞的體對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)為 a nm，則 Fe3O4 晶體的密度為________g/cm3(阿伏加德羅常數(shù)用 NA 表示)。

Answer 1

【答案】 4 Fe3+ +2 sp3 小 正四面體 離子半徑大小 氮化硼＞氮化鋁＞氮化鎵 NH3分子中N原子的孤電子對(duì)進(jìn)入Zn2+的空軌道形成配離子后，原孤電子對(duì)與N-H鍵的成鍵電子對(duì)間的排斥作用變?yōu)槌涉I電子對(duì)之間的排斥，排斥作用減弱 正四面體 面心立方最密堆積

【解析】試題分析：（1）根據(jù)電子排布式或軌道表示式進(jìn)行判斷。（2）根據(jù)元素的非金屬性和電負(fù)性以及價(jià)層電子對(duì)互斥理論進(jìn)行判斷。（3）根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論進(jìn)行判斷。（4）影響晶格能的因素有配位數(shù)、離子半徑和離子電荷。（5）原子半徑越小，原子晶體中共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)越短，則共價(jià)鍵越強(qiáng)，晶體的熔點(diǎn)越高。（6）根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論進(jìn)行解釋。（7）根據(jù)配位數(shù)判斷堆積方式，根據(jù)晶胞的質(zhì)量和體積求晶體的密度。

（1）基態(tài)鐵原子的電子排布式為[Ar]3d64s2，根據(jù)洪特規(guī)則和泡利不相容原理，3d軌道的6個(gè)電子要占據(jù)其全部5個(gè)軌道，故其中未成對(duì)電子數(shù)為4。鐵在水溶液中常以Fe2+、Fe3+的形式存在，其中基態(tài)Fe3+電子排布式為[Ar]3d5，其3d軌道為較穩(wěn)定的半充滿(mǎn)狀態(tài)，故其更穩(wěn)定。

（2）F是非金屬性最強(qiáng)的元素，其最外層有7個(gè)電子，故OF2中氧元素的化合價(jià)為+2，中心原子O的價(jià)層電子對(duì)數(shù)是4，故其雜化方式為sp3。OF2和H2O的分子空間構(gòu)型相似，O與F之間的電負(fù)性的差值小于H和O的電負(fù)性差值，故OF2的分子極性比H2O的小。

（3）AlCl4﹣的中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為４，故其立體構(gòu)型為正四面體，Al2Cl7﹣中的原子都是8電子結(jié)構(gòu)，則可知Al2Cl7﹣的Al原子各形成了一個(gè)配位鍵，其結(jié)構(gòu)式為。

（4）FeO晶體與NaCl晶體結(jié)構(gòu)相似，影響晶格能大小的因素有配位數(shù)、離子半徑和離子電荷，故要比較FeO與NaCl的晶格能大小，還需要知道的數(shù)據(jù)是離子半徑大小；

（5）氮化鋁、氮化硼、氮化鎵晶體的結(jié)構(gòu)與金剛石相似，都是原子晶體，它們晶體的熔點(diǎn)由其共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)決定，鍵長(zhǎng)越短則共價(jià)鍵越強(qiáng)，其熔點(diǎn)越高，因?yàn)?/span>B、Al、Ga的原子半徑依次增大，故熔點(diǎn)由高到低的順序是氮化硼＞氮化鋁＞氮化鎵。

（6）NH3分子中∠HNH鍵角為106.7，而配離子[Zn(NH3)6]2+中∠HNH鍵角為109.5， 由價(jià)層電子對(duì)互斥理論可知，配離子[Zn(NH3)6]2+中∠HNH鍵角變大的原因是：NH3分子中N原子的孤電子對(duì)進(jìn)入Zn2+的空軌道形成配離子后，原孤電子對(duì)與N-H鍵的成鍵電子對(duì)間的排斥作用變?yōu)槌涉I電子對(duì)之間的排斥，排斥作用減弱。

（7）①由Fe3O4晶體的晶胞結(jié)構(gòu)示意圖可知，晶胞中亞鐵離子處于氧離子圍成的正四面體空隙。

②晶胞中與每氧離子最近且等距的氧離子有12個(gè)，故其堆積方式為面心立方最密堆積。

③根據(jù)均攤法，由Fe3O4晶體的晶胞結(jié)構(gòu)示意圖可以求出該晶胞中氧離子、鐵離子和亞鐵離子分別有4、2、1個(gè)，故每個(gè)晶胞中只有一個(gè)Fe3O4。晶胞的體對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)為 a nm，則晶胞的邊長(zhǎng)為，故NA個(gè)晶胞的質(zhì)量和體積分別是232g和，則 Fe3O4 晶體的密度為g/cm3。