Question

20．苯胺是一种良好的黑色燃料，俗称苯胺黑，可以通过如下方式合成

（1）基态铁原子价电子排布式为3d⁶4s²．
（2）Fe²⁺的未成对电子数4．
（3）组成硝基苯的C、N、O三种元素的电负性由大到小顺序是O＞N＞C
（4）CH₄、NH₃、H₂O的键角由小到大的顺序是H₂O＜NH₃＜CH₄
（5）苯胺中的C、N两元素的杂化方式分别是sp²杂化、sp³杂化
（6）苯胺在水中的溶解度远大于硝基苯的在水中的溶解度的原因是苯胺与水形成氢键，而硝基苯与水不能形成氢键
（7）某种单质铁的晶胞结构如图所示，假设铁原子的半径为a nm，则该种铁的密度为$\frac{21\sqrt{3}}{4{a}^{3}{N}_{A}×1{0}^{-21}}$g/cm³．（列出计算表达式）

Answer 1

分析 （1）铁是26号元素，其原子核外有26个电子，Fe原子的3d、4s电子为其价电子，根据构造原理书写Fe核外价电子排布式；
（2）根据Fe²⁺的核外电子排布式确定未成对电子数；
（3）原子的得电子能力越强，其电负性的数值越大；
（4）根据价层电子对互斥理论确定杂化类型，价层电子对个数=σ键个数+孤电子对，然后判断分子或离子的空间构型，再判断键角；
（5）根据价层电子对互斥理论确定杂化类型，价层电子对个数=σ键个数+孤电子对；
（6）氢键是一种特殊的分子间作用力，影响物质的物理性质熔点沸点；
（7）根据ρ=$\frac{m}{V}$计算．

解答 解：（1）铁是26号元素，其原子核外有26个电子，Fe原子的3d、4s电子为其价电子，根据构造原理书写Fe核外价电子排布式为3d⁶4s²，
故答案为：3d⁶4s²；
（2）Fe²⁺核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶，在3d上存在4个未成对电子，
故答案为：4；
（3）元素原子的得电子能力越强，则电负性越大，同周期从左到右元素的电负性逐渐增强，所以电负性：O＞N＞C，
故答案为：O＞N＞C；
（4）CH₄分子中每个碳原子杂化轨道数为4，所以采取sp³杂化，为正四面体，键角为109°28′；
NH₃分子中每个氮原子杂化轨道数为4，所以采取sp³杂化，三角锥形，键角为107°18′；
H₂O分子中每个氧原子杂化轨道数为4，所以采取sp³杂化，为V形，键角为104.5°；
所以CH₄、NH₃、H₂O的键角由小到大的顺序是：H₂O＜NH₃＜CH₄，
故答案为：H₂O＜NH₃＜CH₄；
（5）中碳原子杂化轨道数为3，所以采取sp²杂化，N元素全部形成单键，属于sp³杂化，
故答案为：sp²杂化；sp³杂化；
（6）氢键比范德华力强，是一种介于化学键与分子间作用力之间的作用力，含F、O、N元素的物质中分子内或分子之间能形成氢键，苯胺在水中与水形成氢键，而硝基苯与水不能形成氢键，所以苯胺在水中的溶解度远大于硝基苯的在水中的溶解度，
故答案为：苯胺与水形成氢键，而硝基苯与水不能形成氢键；
（7）Fe晶胞图为，单质晶体为体心立方密堆积，晶体中Fe原子的配位数为8，其Fe的原子半径为apm=10^-10acm，设晶胞棱长为xcm，则3x²=（4×10^-10a）²，故x=$\frac{4\sqrt{3}}{3}a$×10^-10cm，晶胞中Fe原子数目为1+8×$\frac{1}{8}$=2，晶胞质量为$\frac{2×56}{{N}_{A}}$g，
则晶体密度为：$\frac{2×56}{{N}_{A}}$g÷（$\frac{4\sqrt{3}}{3}$a×10^-10cm）³=$\frac{21\sqrt{3}}{4{a}^{3}{N}_{A}×1{0}^{-21}}$g/cm³，

故答案为：$\frac{21\sqrt{3}}{4{a}^{3}{N}_{A}×1{0}^{-21}}$．

点评 本题综合考查物质结构有关知识，涉及核外电子排布、键角大小比较、氢键、晶胞计算等，题目难度中等．晶胞计算是解答难点．