Question

10．（1）A和B单质燃烧时均放出大量热，可用作燃料．已知A和B为短周期元素，其原子的第一至第四电离能如表所示：

电离能（KJ/mol）	I1	I2	I3	I4
A	932	1821	15390	21771
B	738	1451	7733	10540

根据上述信息，写出B的基态原子核外电子排布式1s²2s²2p⁶3s²，预测A和氯元素形成的简单分子空间构型为直线型．
（2）钴（Co）可形成分子式均为Co（NH₃）₅BrSO₄的两种配合物，往其中一种配合物的溶液中加入AgNO₃溶液时，无明显现象，往其溶液中加BaCl₂溶液时若，产生白色沉淀，则该配合物的化学式为[Co（Br）（NH₃）₅]SO₄，中心离子的配位数为6．
（3）参考下表中的物质熔点回答下列问题

物质	NaF	NaCl	NaBr	NaI	NaCl	KCl	RbCl	CsCl
熔点（℃）	995	801	755	651	801	776	715	646

根据上表数据解释钠的卤化物及碱金属的氯化物的熔点变化规律随阴阳离子的半径增大，熔降低点．
（4）C₆₀可用作储氢材料．C₆₀的结构如图1．已知金刚石中的C-C的键长为154.45pm，C₆₀中C-C键长为145～140pm，有同学据此认为C₆₀的熔点高于金刚石，你认为是否正确不正确，并阐述理由C₆₀是分子晶体，熔化时不需破坏化学键．科学家把C₆₀和钾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，该物质的K原子和C₆₀分子的个数比为3：1．
σ
（5）三聚氰胺分子的结构简式如图3，则其中氮原子轨道杂化类型是sp²、sp³，l mol三聚氰胺分子中含15molσ键．
（6）碳化硅的晶胞与金刚石的晶胞相似如图4，设晶胞边长为a cm，碳原子直径为b cm，硅原子直径为c cm，则该晶胞的空间利用率为$\frac{2π（{b}^{3}+{c}^{3}）}{3{a}^{3}}$×100%．（用含a、b、c的式子表示）．

Answer 1

分析 （1）由表中电离能可知，二者第三电离能都剧增，原子最外层电子数为2，都为短周期元素，A和B单质燃烧时均放出大量热，可用作燃料，同主族自上而下第一电离能降低，故A为铍、B为Mg，镁是12号元素，BeCl₂分子中Be的成2个σ键，杂化轨道数为2，采取sp杂化，没有孤对电子对；
（2）配合物由内界和外界组成，配合物溶于水发生电离生成内界离子（络离子）和外界离子，加入AgNO₃溶液时，无明显现象，说明溴离子为配合物的内界配体，加BaCl₂溶液时若，产生白色沉淀，说明硫酸根离子为外界离子，据此书写配离子化学式，根据配体的数目可确定中心离子的配位数；
（3）离子晶体中离子的半径越小，离子键强度越大，熔点越高，所以钠的卤化物及碱金属的氯化物的熔点与卤离子及碱金属离子的半径有关，随着半径的增大，熔点逐渐降低；
（4）分子晶体的熔点与共价键的键能无关，与分子间作用力有关，根据晶胞的结构，利用均摊法计算出每个晶胞结构各离子的个数；
（5）根据三聚氰胺分子中氮原子成键特点判断杂化方式，每个共价键中有且仅有一个是σ键，据此判断σ键的数目；
（6）根据均摊法计算晶胞中C、Si原子数目，进而计算晶胞中含有C、Si原子总体积，计算晶胞的体积，晶胞的空间利用率=$\frac{晶胞中C、Si原子总体积}{晶胞体积}$×100%．

解答 解：（1）由表中电离能可知，二者第三电离能都剧增，原子最外层电子数为2，都为短周期元素，同主族自上而下第一电离能降低，故A为铍、B为Mg，镁的基态原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²，BeCl₂分子中Be的成2个σ键，杂化轨道数为2，采取sp杂化，没有孤对电子对，为直线型，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²；直线型；
（2）配合物由内界和外界组成，配合物溶于水发生电离生成内界离子（络离子）和外界离子，加入AgNO₃溶液时，无明显现象，说明溴离子为配合物的内界配体，加BaCl₂溶液时若，产生白色沉淀，说明硫酸根离子为外界离子，所以该配合物的化学式为[Co（Br）（NH₃）₅]SO₄，根据配体的数目可知中心离子的配位数为6，
故答案为：[Co（Br）（NH₃）₅]SO₄；6；
（3）离子晶体中离子的半径越小，离子键强度越大，熔点越高，所以钠的卤化物及碱金属的氯化物的熔点与卤离子及碱金属离子的半径有关，随着半径的增大，熔点逐渐降低；
故答案为：随阴阳离子的半径增大，熔降低点；
（4）尽管C₆₀中C-C键的键能可能大于金刚石，但其熔化时并不破坏化学键，因此比较键能没有意义，根据晶胞的结构，利用均摊法可知，在晶胞中K原子和C₆₀分子的个数比为$\frac{12}{2}$：（$8×\frac{1}{8}$+1）=3：1，
故答案：不正确，C₆₀是分子晶体，熔化时不需破坏化学键；3：1；
（5）三聚氰胺分子中处于环上的N原子成3个σ键，没有孤电子对，采取sp²杂化，氨基中N原子成2个σ键，含有1对孤电子对，N原子采取sp3杂化，单键为σ键，双键含有1个σ键、1个π键，故1个三聚氰胺分子含有15个σ键，则1mol三聚氰胺分子中σ键的数目为15N_A，
故答案为：sp²、sp³；15；
（6）根据均摊法计算晶胞中C原子数目=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4、Si原子数目=4，晶胞边长为a cm，则晶胞体积为a³cm³，碳原子直径为b cm，则晶胞中C原子总体积=4×$\frac{4}{3}$×π×（ $\frac{1}{2}$b）³cm³=$\frac{2}{3}$πb³cm³，硅原子直径为c cm，则晶胞中Si原子总体积=4×$\frac{4}{3}$×π×（ $\frac{1}{2}$c）³cm³=$\frac{2}{3}$πc³cm³，故晶胞中C、Si原子总体积=$\frac{2}{3}$πb³cm³+$\frac{2}{3}$πb³cm³=$\frac{2}{3}$π（b³+c³）cm³，故晶胞的空间利用率=$\frac{\frac{2}{3}π（{b}^{3}+{c}^{3}）}{{a}^{3}}$×100%=$\frac{2π（{b}^{3}+{c}^{3}）}{3{a}^{3}}$×100%，
故答案为：$\frac{2π（{b}^{3}+{c}^{3}）}{3{a}^{3}}$×100%．

点评 本题是对物质结构的考查，涉及核外电子排布规律、分子结构与性质、杂化轨道、晶胞计算、空间利用率的计算等，需要学生具有一定的空间想象与数学计算能力，难度中等．