Question

3．表是元素周期表的一部分．表中所列的字母分别代表一种化学元素．

试回答下列问题（凡涉及的物质均用化学式表示）：
（1）a的氢化物的分子构型为三角锥形，中心原子的杂化形式为sp³；d的最高价氧化物的分子构型为平面正三角形，中心原子的杂化形式为sp²，该分子是非极性（填“极性”或“非极性”）分子．
（2）b、d、e三种元素的氢化物中的沸点最高的是HF，原因是：只有HF中含有氢键．
（3）将g的无水硫酸盐溶解于水中，溶液呈蓝色，是因为生成了一种呈蓝色的配合离子，写出该配合离子的结构简式（必须将配位键表示出来）．
（4）f（NH₃）₅BrSO₄可形成两种配合物，已知f³⁺的配位数是6，为确定f的配合物的结构，现对两种配合物进行如下实验：在第一种配合物的溶液中加BaCl₂ 溶液时，产生白色沉淀，在第二种配合物溶液中加入BaCl₂溶液时，则无明显现象，第二种配合物的化学式为[Co（NH₃）₅SO₄]Br，该配合物的配体是NH₃、SO₄^2-；
（5）c单质晶体中原子的堆积方式如图甲所示，其晶胞特征如图乙所示，原子之间相互位置关系的平面图如图丙所示．

c单质晶体中原子的配位数为12．若已知c的原子半径为r，N_A代表阿伏加德罗常数，c的相对原子质量为M．该晶体的密度为$\frac{M}{4\sqrt{2}{r}^{3}{N}_{A}}$（用字母表示）．

Answer 1

分析 根据元素在周期表中的位置知，a-g分别是N、F、Al、S、Cl、Co、Cu元素，
（1）a是N元素，a的氢化物是氨气，氨气分子中N原子价层电子对个数是3且含有一个孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断N原子杂化方式、氨气分子空间构型；
d是S元素，S元素的最高价氧化物是三氧化硫，三氧化硫分子中价层电子对个数是3且不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断三氧化硫分子空间构型及原子杂化方式，正负电荷重心重合的分子为非极性分子，不重合的分子为极性分子；
（2）F、S、Cl三种元素的氢化物中，含有氢键的氢化物沸点最高；
（3）将Cu的无水硫酸盐溶解于水中，溶液呈蓝色，是因为生成了一种呈蓝色的配合离子，铜离子含有空轨道、水分子中O原子含有孤电子对，二者形成配位键，配位键由含有孤电子对的原子指向含有空轨道的原子；
（4）Co（NH₃）₅BrSO₄可形成两种配合物，已知Co³⁺的配位数是6，为确定Co的配合物的结构，配合物外界能电离出自由移动的离子，现对两种配合物进行如下实验：在第一种配合物的溶液中加BaCl₂ 溶液时，产生白色沉淀，说明外界中含有硫酸根离子，在第二种配合物溶液中加入BaCl₂溶液时，则无明显现象，说明外界中不含硫酸根离子，因为配合物的配位数是6，所以第二种配合物的配体是氨气、硫酸根离子，外界是溴离子；
（5）Al单质晶体中原子的堆积方式如图甲所示，其晶胞特征如图乙所示，原子之间相互位置关系的平面图如图丙所示，Al原子配位数=3×8×$\frac{1}{2}$；Al原子的半径为r，晶胞棱长=2$\sqrt{2}$r，体积=（2$\sqrt{2}$r）³，该晶胞中Al原子个数=$8×\frac{1}{8}+6×\frac{1}{2}$=4，密度=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{V}$．

解答 解：根据元素在周期表中的位置知，a-g分别是N、F、Al、S、Cl、Co、Cu元素，
（1）a是N元素，a的氢化物是氨气，氨气分子中N原子价层电子对个数是3且含有一个孤电子对，根据价层电子对互斥理论知N原子杂化方式为sp³、氨气分子空间构型为三角锥形；
d是S元素，S元素的最高价氧化物是三氧化硫，三氧化硫分子中价层电子对个数是3且不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论知三氧化硫分子空间构型为平面正三角形，S原子杂化方式sp²，该分子正负电荷重心重合，所以为非极性分子，
故答案为：三角锥形；sp³；平面正三角形；sp²；非极性分子；
（2）F、S、Cl三种元素的氢化物中，含有氢键的氢化物沸点最高，只有HF中含有氢键，所以熔沸点最高的是HF，故答案为：HF；只有HF中含有氢键；
（3）将Cu的无水硫酸盐溶解于水中，溶液呈蓝色，是因为生成了一种呈蓝色的配合离子，铜离子含有空轨道、水分子中O原子含有孤电子对，二者形成配位键，配位键由含有孤电子对的原子指向含有空轨道的原子，则该配离子为，故答案为：；
（4）Co（NH₃）₅BrSO₄可形成两种配合物，已知Co³⁺的配位数是6，为确定Co的配合物的结构，配合物外界能电离出自由移动的离子，现对两种配合物进行如下实验：在第一种配合物的溶液中加BaCl₂ 溶液时，产生白色沉淀，说明外界中含有硫酸根离子，在第二种配合物溶液中加入BaCl₂溶液时，则无明显现象，说明外界中不含硫酸根离子，因为配合物的配位数是6，所以第二种配合物的配体是氨气、硫酸根离子，外界是溴离子，其化学式为[Co（NH₃）₅SO₄]Br，
故答案为：[Co（NH₃）₅SO₄]Br；NH₃；SO₄^2-；
（5）Al单质晶体中原子的堆积方式如图甲所示，其晶胞特征如图乙所示，原子之间相互位置关系的平面图如图丙所示，Al原子配位数=3×8×$\frac{1}{2}$=12；
Al原子的半径为r，晶胞棱长=2$\sqrt{2}$r，体积=（2$\sqrt{2}$r）³，该晶胞中Al原子个数=$8×\frac{1}{8}+6×\frac{1}{2}$=4，密度=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{V}$=$\frac{M}{4\sqrt{2}{r}^{3}{N}_{A}}$，
故答案为：12；$\frac{M}{4\sqrt{2}{r}^{3}{N}_{A}}$．

点评 本题考查位置结构性质相互关系及应用，涉及晶胞计算、原子杂化方式判断、配位键、氢键等知识点，这些都是高频考点，难点是晶胞计算，注意外界和內界区别及配位键表示方法，题目难度中等．