Question

19．人类文明的发展历程，也是化学物质的认识和发现的历程，其中铁、硝酸钾、青霉素、氨、乙醇、二氧化碳、聚乙烯、二氧化硅等17种“分子”改变过人类的世界．

（1）铁原子在基态时，价电子（外围电子）排布式为3d⁶4s²．
（2）硝酸钾中NO₃^-的空间构型为平面正三角形，写出与NO₃^-互为等电子体的一种非极性分子化学式SO₃等．
（3）6氨基青霉烷酸的结构如图1所示，其中采用sp³杂化的原子有C、N、O、S．
（4）下列说法正确的有a（填字母序号）．
a．乙醇分子间可形成氢键，导致其沸点比氯乙烷高
b．钨的配合物离子[W（CO）₅OH]^-能催化固定CO₂，该配离子中钨显-1价
c．聚乙烯）分子中有5n个σ键
d．由下表中数据可确定在反应Si（s）+O₂（g）═SiO₂（s）中，每生成60g SiO₂放出的能量为（2c-a-b） kJ

化学键	Si-Si	O═O	Si-O
键能（kJ•mol-1）	a	b	c

（5）铁和氨气在640℃可发生置换反应，产物之一的晶胞结构如图2所示，写出该反应的化学方程式8Fe+2NH₃$\frac{\underline{\;640℃\;}}{\;}$2Fe₄N+3H₂．若两个最近的Fe原子间的距离为s cm，则该晶体的密度是$\frac{119\sqrt{2}}{2{s}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3．

Answer 1

分析 （1）Fe原子序数为26，位于周期表第四周期Ⅷ族，以此确定核外电子排布；
（2）NO₃^-中N原子孤电子对数=$\frac{5+1-2×3}{2}$=0，价层电子对数为3+0=3；原子数相等、价电子总数也相等的微粒互为等电子体，分子中正负电荷正向重合的分子为非极性分子；
（3）价层电子对数是4的原子采用sp³杂化；
（4）a．分子间氢键导致物质熔沸点升高；
b．钨的配合物离子[W（CO）₅OH]^-中W为0价；
c．聚乙烯（）分子中有（6n-1）个σ键；
d．二氧化硅晶体中Si原子与周围4个O原子形成Si-O四面体结构，1molSiO₂含有4molSi-O，Si晶体中Si原子与周围4个Si原子形成Si-Si，每个键为2个Si原子共用，故1mol硅含有2molSi-Si键；
（5）晶胞中Fe原子数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，N原子数目为1，故该产物化学式为Fe₄N，还生成氢气；
晶胞面对角线上3个Fe原子相邻，则晶胞棱长为2s cm×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=$\sqrt{2}$s cm，结合晶胞中原子数目表示出晶胞质量，再根据ρ=$\frac{m}{V}$计算晶体密度．

解答 解：（1）Fe原子序数为26，Fe原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，则价电子排布为3d⁶4s²，
故答案为：3d⁶4s²；
（2）NO₃^-中N原子孤电子对数=$\frac{5+1-2×3}{2}$=0，价层电子对数为3+0=3，空间构型为平面正三角形，
原子数相等、价电子总数也相等的微粒互为等电子体，分子中正负电荷正向重合的分子为非极性分子，与NO₃^-互为等电子体的一种非极性分子有SO₃等，
故答案为：平面正三角形；SO₃等；
（3）σ键和孤电子对数和是4的原子就采取sp³杂化，根据物质结构可知，采用sp³杂化的原子有C、N、O、S，
故答案为：C、N、O、S；
（4）a．乙醇分子间可形成氢键，氯乙烷中不含氢键，氢键的存在导致乙醇的沸点升高，所以乙醇的沸点比氯乙烷高，故正确；
b．根据化合物中化合价的代数和为0知，钨的配合物离子[W（CO）₅OH]^-中钨显0价，故错误；
c．聚乙烯（）分子中有（6n-1）个σ键，故错误；
d．二氧化硅晶体中Si原子与周围4个O原子形成Si-O四面体结构，1molSiO₂含有4molSi-O，Si晶体中Si原子与周围4个Si原子形成Si-Si，每个键为2个Si原子共用，故1mol硅含有2molSi-Si键，60gSiO₂的物质的量为1mol，由表中数据知反应Si（s）+O₂（g）=SiO₂（s）中，每生成60gSiO₂放出的能量为（4c-2a-b）kJ，故错误．
故选：a；
（5）晶胞中Fe原子数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，N原子数目为1，故该产物化学式为Fe₄N，还生成氢气，反应方程式为：8Fe+2NH₃$\frac{\underline{\;640℃\;}}{\;}$2Fe₄N+3H₂，
晶胞面对角线上3个Fe原子相邻，则晶胞棱长为2s cm×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=$\sqrt{2}$s cm，晶胞质量为$\frac{56×4+14}{{N}_{A}}$g，则晶体密度为$\frac{56×4+14}{{N}_{A}}$g÷（$\sqrt{2}s$ cm）³=$\frac{119\sqrt{2}}{2{s}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3，
故答案为：8Fe+2NH₃$\frac{\underline{\;640℃\;}}{\;}$2Fe₄N+3H₂；$\frac{119\sqrt{2}}{2{s}^{3}{N}_{A}}$．

点评 本题考查物质结构和性质，为高频考点，侧重于学生的分析能力、计算能力的考查，题目涉及核外电子排布、杂化方式与空间构型判断、等电子体、化学键、晶胞结构与计算等，需要学生具备扎实的基础，注意识记常见晶胞计算，掌握均摊法进行晶胞有关计算，难度中等．