Question

[化学选修3一物质结构与性质]过渡元素及其化合物的应用研究是目前科学研究的前沿之一．试回答下列问题．
（1）二氧化钛作光催化剂能将居室污染物甲醛、苯等有害气体可转化为CO₂和水，达到无害化．有关甲醛、苯、CO₂及水说法正确的是

 

A．苯与B₃N₃H₆互为等电子体，且分子中原子共平面
B．甲醛、苯和二氧化碳中碳原子均采用sp²杂化
C．苯、CO₂是非极性分子，水和甲醛是极性分子
D．水的沸点比甲醛高得多，是因为水分子间能形成氢键

（2）二茂铁又叫双环戊二烯基铁[化学式：Fe（C₅H₅）₂]，结构如图1所示，是一种具有芳香族性质的有机金属化合物，外观为橙色，熔点为172℃，沸点249℃，100℃以上能升华；不溶于水，溶于乙醇等有机溶剂中．基态Fe²⁺离子的电子排布式为

 

，二茂铁[Fe（C₅H₅）₂]属于

 

晶体，1mol环戊二烯中含有的σ键数是

 

．
（3）铜的第一电离能（I₁）小于锌的第一电离能，为何铜的第二电离能（I₂）却大于锌的第二电离能，
其主要原因是

 

．

电离能/kJ?mol-1	I1	I2
铜	746	1958
锌	906	1733

（4）氢气作为一种清洁能源，必须解决它的储存问题，C₆₀可用作储氢材料．科学家把C₆₀和K掺杂在一起制造了一种富勒烯化合物，其晶胞如图2所示，该物质在低温时是一种超导体．该物质中K原子和C₆₀分子的个数比为

 

．

Answer 1

考点：晶胞的计算,元素电离能、电负性的含义及应用

专题：原子组成与结构专题,化学键与晶体结构

分析：（1）A．苯与B₃N₃H₆价电子总数相等，原子数也相等互为等电子体；
B．甲醛、苯分子中碳原子均含有3个δ键，没有孤对电子，采用sp²杂化，二氧化碳中碳原子均含有3个δ键，没有孤对电子，采用sp杂化；
C．结构对称，正负电荷的中心重合，则为非极性分子；正负电荷的中心不重合，则为极性分子；
D．水的沸点比甲醛高得多，是因为水分子间能形成氢键；
（2）①铁是26号元素，其核外有26个电子，根据构造原理书写其核外电子排布式；
②根据二茂铁的物理性质分析；共价单键都是σ键，共价双键中一个是σ键一个是π键；
（3）轨道中电子处于全满、全空、半满时较稳定；
（4）根据晶胞的分配原则计算出每个晶胞结构各离子的个数，

解答： 解：（1）A．苯与B₃N₃H₆价电子总数相等，原子数也相等互为等电子体，故A正确；
B．甲醛、苯分子中碳原子均含有3个δ键，没有孤对电子，采用sp²杂化，二氧化碳中碳原子均含有3个δ键，没有孤对电子，采用sp杂化，故B错误；
C．苯、CO₂结构对称，正负电荷的中心重合，为非极性分子；水和甲醛的正负电荷的中心不重合，为极性分子，故C正确；
D．水的沸点比甲醛高得多，是因为水分子间能形成氢键，故D正确；
故答案为：ACD；
（2）①铁是26号元素，其核外有26个电子，根据构造原理Fe²⁺离子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶；
②根据二茂铁的物理性质可知，二茂铁属于分子晶体，二茂铁中C₅H₅^-的结构为，共价单键都是σ键，共价双键中一个是σ键一个是π键，一个环戊二烯分子中含有11个σ键，所以1mol二茂铁中含有的σ键数是11N_A；
故答案为：分子；11N_A；
（3）轨道中电子处于全满、全空、半满时较稳定，所以气态Cu失去一个电子变成结构为[Ar]3d¹⁰的Cu⁺，能量较低，所以Cu的第二电离能相对较大（或气态Zn失去一个电子变成结构为[Ar]3d¹⁰4s¹的Zn⁺，易再失去一个电子，所以Zn的第二电离能相对较小），
故答案为：气态Cu失去一个电子变成结构为[Ar]3d¹⁰的Cu⁺，能量较低，所以Cu的第二电离能相对较大（或气态Zn失去一个电子变成结构为[Ar]3d¹⁰4s¹的Zn⁺，易再失去一个电子，所以Zn的第二电离能相对较小）；
（4）在晶胞中，K原子和C₆₀分子的个数比为（12÷2）：（8÷8+1）=3：1，
故答案：3：1；

点评：本题考查了等电子体、氢键、化学键、电离能、晶胞中离子数目的计算、配合物等内容，考查的知识点较多，难度较大，注意相关知识的积累．