Question

12．铝是中学化学中常见的金属元素，具有广泛用途．
回答下列问题：
（1）基态铝原子核外电子云的伸展方向有4种；电子占据的最高能层符号是M，该能层具有的原子轨道数为4，该能层电子的轨道表达式为．
（2）AlCl₃•NH₃和AlCl₄^-中均含有配位键．
①第一电离能：Al＜ Cl（填“＞”或“＜”）．
②在AlCl₃•NH₃中，提供空轨道的原子为Al；NH₃中的共价键类型为σ键．
③AlCl₄中Al原子的杂化轨道类型为sp³．
④AlCl₄^-和[（CH₃）₃NH]可形成离子液体．离子液体由阴、阳离子构成，熔点低于100℃，可作为溶剂或导电液体．下列关于离子液体的说法正确的是B、C（填标号）．
A属于分子晶体            B．[（CH₃）₃NH]⁺中含配位键
C．是“绿色”溶剂    D．挥发性比有机溶剂大
（3）金属铝的晶胞结构如图所示，则晶体铝中原子的堆积方式为面心立方最密堆积．已知“铝原子半径为dcm，阿伏加德罗常数的值为N_A，则晶体铝的密度ρ=$\frac{27}{4\sqrt{2}{N}_{A}{d}^{3}}g/c{m}^{3}$．

Answer 1

分析 （1）Al位于周期表中第3周期，第IIIA族，其核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p¹，电子占据最高的能层为M，价电子排布式为3s²3p¹；
（2）①第一电离能对于同周期主族元素，从左到右呈增大的趋势，第IIA族和VA族出现反常；
②Al本身为缺电子结构，Al经过sp³杂化以后，还有一个空p轨道，可接受孤电子对形成配位键，NH₃分子中的共价键均为单键；
③根据VSEPR理论和杂化轨道理论判断AlCl₄^-中Al原子的杂化轨道类型；
④A．液体不是晶体；
B．N上有一对孤电子对，可与H⁺的空轨道形成配位键；
C．形成离子液体可作为溶剂或导电液体，可认为是绿色溶剂；
D．离子液体的熔点低于100℃，挥发性不一定比有机溶剂大；
（3）根据金属铝的晶胞结构图分析，Al原子在晶胞中的堆积方式为面心立方最密堆积，根据晶体密度公式$ρ=\frac{z{M}_{r}}{{N}_{A}V}$计算，其中z为一个晶胞的粒子数，Mr为一个粒子的相对质量，V为一个晶胞的体积．

解答 解：（1）Al位于周期表中第3周期，第IIIA族，其核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p¹，核外有原子轨道有1s，2s，2p，3s，3p，s轨道一种方向，p轨道3种方向，则一共有4种伸展方向，
电子占据最高的能层为M，
M层有原子轨道为3s和3p，其中含有的轨道数目为1+3=4，
该能层电子的轨道表达式为：，
故答案为：4；M；4；；
（2）①第一电离能对于同周期主族元素，从左到右呈增大的趋势，第IIA族和VA族出现反常，则第一电离能为Al＜Cl，
故答案为：＜；
②Al本身为缺电子结构，Al经过sp³杂化以后，还有一个空p轨道，可接受孤电子对形成配位键，NH₃分子中的共价键均为单键，因此均为σ键，
故答案为：Al；σ键；
③对于AlCl₄^-，根据VSEPR理论，中心Al原子的配位原子数为BP=4，孤电子对数为LP=$\frac{3-1×4+1}{2}$=0，则价电子对数为VP=BP+LP=4+0=4，根据杂化轨道理论，中心Al原子的杂化方式为sp³杂化，
故答案为：sp³；
④A．液体不是晶体，故A错误；
B．N上有一对孤电子对，可与H⁺的空轨道形成配位键，故B正确；
C．形成离子液体可作为溶剂或导电液体，可认为是绿色溶剂，故C正确；
D．离子液体的熔点低于100℃，挥发性不一定比有机溶剂大，不能一概而论，故D错误；
故选BC；
（3）根据金属铝的晶胞结构图分析，Al原子在晶胞中的堆积方式为面心立方最密堆积，
取1mol晶胞，则含有N_A个晶胞，对于立方晶胞，顶点粒子占$\frac{1}{8}$，面心粒子占$\frac{1}{2}$，根据晶胞结构，则一个晶胞中含有的Al的数目为$8×\frac{1}{8}+6×\frac{1}{2}$=4，因此1mol晶胞的质量为m=4×27g，根据立体几何知识，考虑到Al原子的堆积方式为面心立方最密堆积，设晶胞参数为acm，不难得出关系：4d=$\sqrt{2}a$，则a=2$\sqrt{2}d$cm，一个晶胞的体积为V₀=a³cm³=$（2\sqrt{2}d）^{3}$cm³=$16\sqrt{2}{d}^{3}$cm³，所以晶体的密度为$ρ=\frac{m}{{N}_{A}{V}_{0}}$=$\frac{4×27}{16\sqrt{2}{d}^{3}{N}_{A}}g/c{m}^{3}$=$\frac{27}{4\sqrt{2}{N}_{A}{d}^{3}}g/c{m}^{3}$，
故答案为：面心立方最密堆积；$\frac{27}{4\sqrt{2}{N}_{A}{d}^{3}}g/c{m}^{3}$．

点评 本题考查物质结构知识，包含核外电子排布式，第一电离能的比较，价层电子对互斥理论，杂化轨道理论，晶体的性质，晶胞的计算，题目考查综合分析问题的能力，注意化学知识的迁移，题目难度不大．