Question

7．世界上最早現(xiàn)并使用鋅的是中國，明朝末年《天工開物》一書中有世界上最早的關于煉鋅技術的記載．回答下列問題：
（1）基態(tài)Zn原子的電子占據能量最高的能層符號為N，與Zn同周期的所有副族元素的基態(tài)原子中，最外層電子數(shù)與Zn相同的元素有4種．
（2）硫酸鋅溶于過量的氨水可形成[Zn（NH₃）₄]SO₄溶液．
①在[Zn（NH₃）₄]SO₄中，陰離子的中心原子的軌道雜化類型為sp³；
②在[Zn（NH₃）₄]SO₄中，與Zn²⁺形成配位鍵的原子是氮（填元素名稱）；
③寫出一種與SO₄^2-互為等電子體的分子的化學式$P{O}_{4}^{3-}$；
④NH₃極易溶于水，除因為它們都是極性分子外，還因為NH₃與水分子形成分子間氫鍵，溶解度增大．
（3）Zn與S所形成化合物晶體的晶胞如圖所示．
①與Zn原子距離最近的Zn原子有12個；
②該化合物的化學式為ZnS；
③已知該晶體的晶胞參數(shù)a=541pm，其密度為$\frac{4×97}{（541×1{0}^{-10}）^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3（列出計算式即可）．

Answer 1

分析 （1）Zn在周期表中的位置是第四周期，第IIB族，含有四個能層，與Zn同周期的所有副族元素中，最外層電子與Zn相同的有Sc（3d¹4s²），Ti（3d²4s²），V（3d³4s²），Mn（3d⁵4s²）；
（2）①在[Zn（NH₃）₄]SO₄中，陰離子為$S{O}_{4}^{2-}$，根據VSEPR理論和雜化軌道理論判斷雜化類型；
②在[Zn（NH₃）₄]SO₄中，配體是NH₃，與Zn²⁺形成配位鍵的是N；
③等電子體是指在原子數(shù)相同下，原子的價電子數(shù)相同的粒子，通常采用元素上下左右平移法，同時調電子數(shù)來確定等電子體粒子；
④NH₃容易與水分子形成分子間氫鍵，增加溶解度；
（3）聯(lián)想到ZnS晶胞與金剛石晶胞的相似性；
①注意到晶胞不應是孤立的一個，周圍有許多晶胞，從底心看Zn²⁺，與之等徑最近的Zn²⁺有12個；
②計算晶胞中的粒子數(shù)，對于立方晶胞，頂點粒子占$\frac{1}{8}$，面心粒子占$\frac{1}{2}$，晶胞內部原子為整個晶胞所有，據此解答；
③根據晶胞的密度計算公式：$ρ=\frac{z{M}_{r}}{{N}_{A}V}$，其中z為晶胞內部粒子數(shù)，Mr為粒子的相對質量，V為一個晶胞體積．

解答 解：（1）Zn位于元素周期表中的位置是第四周期，第IIB族，含有四個能層，為K，L，M，N，最高能層為N，能量也最高；Zn的最外層為N層，最外層電子為4s²，與Zn處于相同周期，并且最外層電子數(shù)也為4s²的副族元素有Sc（3d¹4s²），Ti（3d²4s²），V（3d³4s²），Mn（3d⁵4s²），需注意，第八族不算在副族內！因此共有4種，
故答案為：N；4；
（2）①在[Zn（NH₃）₄]SO₄中，陰離子為$S{O}_{4}^{2-}$，根據VSEPR理論，$S{O}_{4}^{2-}$中成鍵原子數(shù)為BP=4，孤電子對數(shù)為$LP=\frac{6-2×4+2}{2}=0$，則其價電子對數(shù)為VP=BP+LP=4+0=4，根據雜化軌道理論，中心原子S的雜化類型為sp³雜化．故答案為：sp³．
②在[Zn（NH₃）₄]SO₄中，配體為NH₃，其中N上含有孤對電子，Zn²⁺提供空軌道，從而形成配位鍵，因此與中心Zn²⁺形成配位鍵的為N原子，
故答案為：氮；
③等電子體是指在原子數(shù)相同下，原子的價電子數(shù)相同的粒子，通常采用元素上下左右平移法，同時調電子數(shù)來確定等電子體粒子，因此，與$S{O}_{4}^{2-}$互為等電子體的有$P{O}_{4}^{3-}$，$Cl{O}_{4}^{-}$，CCl₄等．故答案為：$P{O}_{4}^{3-}$（或$Cl{O}_{4}^{-}$，CCl₄）；
④NH₃極易溶于水，除因為它們都是極性分子，NH₃容易與水分子形成分子間氫鍵，增加溶解度，
故答案為：NH₃與水分子形成分子間氫鍵，溶解度增大；
（3）ZnS的晶胞與金剛石的晶胞相似，
①晶胞不應作為一個孤立而存在，周圍有許多晶胞與之相連，從ZnS晶胞的底心看Zn²⁺，想象下面還有一個晶胞與之相連，則與底心的Zn²⁺等徑且相近的Zn²⁺有12個．故答案為：12；
②對于立方晶胞，頂點粒子占$\frac{1}{8}$，面心粒子占$\frac{1}{4}$，晶胞內部原子為整個晶胞所有，則一個ZnS晶胞中，Zn²⁺個數(shù)為$8×\frac{1}{8}+6×\frac{1}{2}=4$，S^2-個數(shù)為4，因此該化合物化學式為ZnS，
故答案為：ZnS；
③取1mol晶胞，則有N_A個晶胞，已知晶胞參數(shù)為a=541pm，則一個晶胞的體積為${V}_{0}=（541×1{0}^{-10}）^{3}c{m}^{3}$，1molZnS晶胞中，有4molZn²⁺和4molS^2-，則一個晶胞的質量為m=4mol×65g/mol+4mol×32g/mol=4×97g，因此晶胞的密度為$ρ=\frac{m}{{N}_{A}{V}_{0}}=\frac{4×97}{（541×1{0}^{-10}）^{3}{N}_{A}}g/c{m}^{3}$，
故答案為：$\frac{4×97}{（541×1{0}^{-10}）^{3}{N}_{A}}$．

點評 本題考察物質結構的知識，元素周期表，原子軌道，價層電子對互斥理論，雜化軌道理論判斷粒子的空間構型，氫鍵的形成，晶胞的計算等知識點，題目較綜合，難度不大，是基礎題．