Question

18．第四周期元素的单质及化合物在工农业生产中应用广泛．回答以下问题：
（1）铁合金中常含有碳、铁、碳材料在日常生活、工业生产和科学研究中具有极其重要的用途．

①铁元素基态原子核外未成对电子数有4．
②足球烯（C₆₀）熔沸点较低，硬度较小，易溶于苯、酒精等有机溶剂，不导电．C₆₀的晶体类型是分子晶体．
③低温条件下合成金刚石的反应如下：4Na+3CO₂$\frac{\underline{\;400℃，800atm\;}}{\;}$C+2Na₂CO₃
上述反应中四种物质按照熔点由高到低的顺序是C＞Na₂CO₃＞Na＞CO₂．
该反应中涉及的元素按电负性从大到小的顺序是O＞C＞Na．
④以丙烯腈为原料可制得质轻、有很高的抗拉强度和弹性的聚丙烯腈碳纤维，该纤维广泛应用于制造高级文体用品．丙烯腈（CH₂=CH-C≡N）分子中，σ键和π键的个数比为2：1；该分子中碳原子的轨道杂化类型有sp²杂化、sp杂化．
⑤石墨层间化合物在电池材料、储氢材料等方面具有广阔应用前景．某种石墨层间化合物是在石墨层间插入钾，其结构如图甲所示．该化合物化学式为KC₈．
（2）第四周期元素中，基态原子的最外层只有1个电子的元素共有3种．
（3）铂丝蘸取氯化钙在酒精灯上灼烧，火焰呈现砖红色，显色原因是C（填序号）．
A．氯化钙受热挥发   B．氯化钙受热分解   C．钙离子中电子跃迁    D．氯离子中电子跃迁
（4）无水硫酸铜呈白色，吸水后形成胆矾，呈蓝色．科学家通过X射线测定出胆矾的结构，其结构可用图乙表示．
①胆矾晶体中除共价键、配位键及微弱的范德华力外，还存在的两种作用力氢键和离子键．
②铜离子形成胆矾中配位离子的离子方程式为Cu²⁺+4H₂O=[Cu（H₂O）₄]²⁺．
（5）Mn、Fe均为第四周期过渡元素，两元素的部分电离能数据如下表．据表判断Mn ²⁺、Fe ²⁺再失去一个电子的难易，并从原子结构的角度简述其原因Mn²⁺再失去电子比Fe²⁺更难，原因是Mn²⁺（3d⁵）属于较稳定的半充满结构，而Fe²⁺的电子排布为[Ar]3d⁶，易失去1个电子形成较稳定的半充满结构．

元素		Mn	Fe
电离能 KJ•mol-1	I1	717	759
	I2	1509	1561
	I3	3248	2957

Answer 1

分析 （1）①铁是26号元素，电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p6⁶3d⁶ 4s²，d能级上有未成对电子；
②分子晶体熔沸点较低；
③物质熔点可根据晶体类型判断，原子晶体的＞离子晶体＞金属晶体＞分子晶体；
同一周期元素电负性从左到右渐增，同一主族元素电负性从上到下逐渐减小；
④根据杂化轨道数=σ键数目+孤对电子对数，确定杂化轨道；根据1个单键是1个σ键，一个双键含有1个σ键和1个π键，一个三键含有1个σ键和2个π键；
⑤利用均摊法计算碳原子和钾原子个数之比，注意每个钾原子被六个三角形共用很关键；
（2）第四周期元素中，基态原子的最外层只有1个电子的元素K、Cr、Cu；
（3）钙元素的焰色反应为砖红色，进行焰色反应时，吸收能量，钙离子电子发生跃迁；
（4）①由图可知H与O之间存在氢键，铜离子与硫酸根之间存在离子键；
②铜离子与水分子通过配位键形成水合铜离子[Cu（H₂O）₄]²⁺；
（5）电离能越大，越不容易失去电子，根据第三电离能可知Mn²⁺再失去电子比Fe²⁺更难，电子处于半满、全满、全空是更稳定．

解答 解：（1）①铁是26号元素，电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p6⁶3d⁶ 4s²，根据泡利原理和洪特规则知d能级上有未成对电子，由于d能级有5个轨道，d能级有4个未成对电子，故答案为：4；
②足球烯（C₆₀）熔沸点较低，硬度较小，易溶于苯、酒精等有机溶剂，属于分子晶体，故答案为：分子晶体；
③金刚石为原子晶体，碳酸钠为离子晶体，金属钠为金属晶体，二氧化碳为分子晶体，故其熔点大小顺序为C＞Na₂CO₃＞Na＞CO₂；
同一周期元素电负性从左到右渐增，同一主族元素电负性从上到下逐渐减小，电负性从大到小的顺序是O＞C＞Na；
故答案为：C＞Na₂CO₃＞Na＞CO₂；O＞C＞Na；
④丙烯腈（CH₂=CH-C≡N）分子中含有6个σ键和3个π键，数目之比为 2：1；
丙烯腈分子CH₂=CH-CN中双键上的碳原子形成3个σ键，无孤电子对，sp²杂化，与氮相连的碳原子形成2个σ键，无孤电子对，sp杂化；
故答案为：2：1；sp²杂化、sp杂化；
⑤可以取三个钾原子形成的小三角形为计算单位，其完全占有的碳原子数是4，占有的钾原子数为$\frac{1}{6}$×3=$\frac{1}{2}$，碳原子数和钾原子数之比是4：$\frac{1}{2}$=8：1，该化合物化学式为KC₈，故答案为：KC₈；
2）第四周期元素中，基态原子的最外层只有1个电子的元素K、Cr、Cu，有3种，故答案为：3；
（3）钙元素进行焰色反应时，吸收能量，钙离子电子发生跃迁，产生发射光谱为砖红色；
故答案为：C；
（4）①由图可知H与O之间存在氢键，铜离子与硫酸根之间存在离子键；
故答案为：氢键；离子键；
②铜离子与水分子通过配位键形成水合铜离子[Cu（H₂O）₄]²⁺，离子方程式为Cu²⁺+4H₂O=[Cu（H₂O）₄]²⁺，故答案为：Cu²⁺+4H₂O=[Cu（H₂O）₄]²⁺；
（5）Mn的I₃=3248 kJ•mo1^-1大于Fe的I₃=2957 kJ•mo1^-1，所以Mn²⁺再失去电子比Fe²⁺更难，原因是Mn²⁺（3d⁵）属于较稳定的半充满结构，而Fe²⁺的电子排布为[Ar]3d⁶，易失去1个电子形成较稳定的半充满结构．
故答案为：Mn²⁺再失去电子比Fe²⁺更难，原因是Mn²⁺（3d⁵）属于较稳定的半充满结构，而Fe²⁺的电子排布为[Ar]3d⁶，易失去1个电子形成较稳定的半充满结构．

点评 本题考查物质结构和性质，综合性较强，涉及晶胞计算、原子杂化、配合物、原子核外电子排布等知识点，难点是晶胞计算，侧重考查学生空间选项能力及计算能力，题目难度中等．