Question

14．早期發(fā)現(xiàn)的一種天然準(zhǔn)晶顆粒由Al、Cu、Fe三種元素組成．回答下列問(wèn)題：
（1）準(zhǔn)晶是一種無(wú)平移周期序，但有嚴(yán)格準(zhǔn)周期位置序的獨(dú)特晶體，可通過(guò)X-射線衍射方法區(qū)分晶體、準(zhǔn)晶體和非晶體．
（2）基態(tài)鐵原子有_個(gè)未成對(duì)電子，三價(jià)鐵離子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵．三價(jià)鐵離子比二價(jià)鐵離子的穩(wěn)定性更好，原因是三價(jià)鐵離子的3d軌道為半滿狀態(tài)，能量更低更穩(wěn)定．
（3）新制備的氫氧化銅可將乙醛氧化為乙酸，而自身還原成氧化亞銅，乙醛中碳原子的雜化軌道類(lèi)型為sp³、sp²；乙酸的沸點(diǎn)明顯高于乙醛，其主要原因是乙酸的分子間存在氫鍵，增加了分子之間的相互作用．
（4）在硫酸銅溶液中加入過(guò)量KCN，生成配合物[Cu（CN）₄]^2-，在形成配位鍵時(shí)，弧對(duì)電子由氮元素提供．
（5）氧化亞銅為半導(dǎo)體材料，在其立方晶胞內(nèi)部有四個(gè)氧原子，其余氧原子位于面心和頂點(diǎn)，則該晶胞中有16個(gè)銅原子．
（6）鋁單質(zhì)為面心立方晶體，其晶胞邊長(zhǎng)a=0.405nm，晶胞中鋁原子的配位數(shù)為12．列式表示鋁單質(zhì)的密度$\frac{4×27}{N{\;}_{A}×（0.405×10{\;}^{-7}）{\;}^{3}}$g•cm^-3（不必計(jì)算出結(jié)果）．

Answer 1

分析 （1）晶體對(duì)X射線發(fā)生衍射，非晶體不發(fā)生衍射，準(zhǔn)晶體介于二者之間；
（2）根據(jù)三價(jià)鐵離子的核外電子數(shù)為23；根據(jù)全滿、半滿更穩(wěn)定分析；
（3）乙醛中甲基上的C采取sp³雜化類(lèi)型，醛基中的C采取sp²雜化類(lèi)型；1個(gè)乙醛分子含有6個(gè)σ鍵和一個(gè)π鍵；乙酸分子間可形成氫鍵導(dǎo)致沸點(diǎn)較高；根據(jù)O數(shù)目和Cu₂O中Cu和O的比例計(jì)算晶胞中Cu原子的數(shù)目；
（4）配合物[Cu（CN）₄]^2-，銅離子提供空軌道，N元素提供孤對(duì)電子，形成配位鍵；
（5）氧化亞銅的立方晶胞內(nèi)部有四個(gè)氧原子，其余氧原子位于面心和頂點(diǎn)，根據(jù)均攤法可知，氧原子總數(shù)為4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，根據(jù)化學(xué)式Cu₂O可推算銅原子數(shù)；
（6）在Al晶體的一個(gè)晶胞中與它距離相等且最近的Al原子在通過(guò)這個(gè)頂點(diǎn)的三個(gè)面心上，面心占$\frac{1}{2}$，通過(guò)一個(gè)頂點(diǎn)可形成8個(gè)晶胞．

解答 解：（1）從外觀無(wú)法區(qū)分三者，但用X光照射揮發(fā)現(xiàn)：晶體對(duì)X射線發(fā)生衍射，非晶體不發(fā)生衍射，準(zhǔn)晶體介于二者之間，因此通過(guò)有無(wú)衍射現(xiàn)象即可確定，
故答案為：X-射線衍射；
（2）26號(hào)元素Fe基態(tài)原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，失去3個(gè)電子變?yōu)殍F離子時(shí)，三價(jià)鐵離子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵，因?yàn)槿齼r(jià)鐵離子處于半滿的穩(wěn)定狀態(tài)，所以三價(jià)鐵離子比二價(jià)鐵離子的穩(wěn)定性更好，故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵；三價(jià)鐵離子的3d軌道為半滿狀態(tài)，能量更低更穩(wěn)定；
（3）乙醛中甲基上的C形成4條σ鍵，無(wú)孤電子對(duì)，因此采取sp³雜化類(lèi)型，醛基中的C形成3條σ鍵和1條π鍵，無(wú)孤電子對(duì)，采取sp²雜化類(lèi)型；乙酸分子間可形成氫鍵，乙醛不能形成氫鍵，所以乙酸的沸點(diǎn)高于乙醛；故答案為：sp³、sp²；乙酸的分子間存在氫鍵，增加了分子之間的相互作用；
（4）配合物[Cu（CN）₄]^2-，銅離子提供空軌道，N元素提供孤對(duì)電子，形成配位鍵，故答案為：氮；
（5）氧化亞銅的立方晶胞內(nèi)部有四個(gè)氧原子，其余氧原子位于面心和頂點(diǎn)，根據(jù)均攤法可知，氧原子總數(shù)為4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，根據(jù)化學(xué)式Cu₂O可知，晶胞中含有銅原子數(shù)為8×2=16，
故答案為：16；
（6）在Al晶體的一個(gè)晶胞中與它距離相等且最近的Al原子在通過(guò)這個(gè)頂點(diǎn)的三個(gè)面心上，面心占$\frac{1}{2}$，通過(guò)一個(gè)頂點(diǎn)可形成8個(gè)晶胞，因此該晶胞中鋁原子的配位數(shù)為8×3×$\frac{1}{2}$=12；一個(gè)晶胞中Al原子數(shù)為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，因此Al的密度ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{4×27}{N{\;}_{A}×（0.405×10{\;}^{-7}）{\;}^{3}}$g•cm^-3，
故答案為：12；$\frac{4×27}{N{\;}_{A}×（0.405×10{\;}^{-7}）{\;}^{3}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查晶胞計(jì)算等，涉及晶體的性質(zhì)、原子核外電子排布規(guī)律、共價(jià)鍵類(lèi)型、氫鍵、雜化類(lèi)型、配合物及密度的計(jì)算，綜合性非常強(qiáng)，為歷年高考選作�？碱}型，難度中等，其中晶胞配位數(shù)以及密度的計(jì)算是本題的難點(diǎn)．