Question

4．物质结构决定物质性质，回答下列涉及物质结构和性质的问题．
（1）笫二周期中，元素的第一电离能处于B与N之间的元素有3种．
（2）某元素位于第四周期VII族，其基态原子的未成对电子数与基态碳原子的未成对电子数相同，则其基态原子的价层电子排布式为3d⁸4s²．
（3）AlC1₃是有机合成和石油化工的催化剂，已知AlCl₃可以通过配位键形成具有桥式结构的双聚分子Al₂Cl₆，Al₂Cl₆分子的结构式为．
（4）KCN可被H₂O₂氧化为KOCN．KOCN可作为制药材料，其晶体类型是离子晶体，碳原子采取sp杂化，1mol该物质中含有的π键数目为2mol；H₂O₂常温下是液体，沸点较高（150℃），其主要原因是分子间存在氢键．
（5）氮化硼（BN）和磷化硼（BP）都是受到高度关注的耐磨涂料，它们结构相似，但是氮化硼晶体的熔点要比磷化硼晶体高，其原因是由于二者形成的晶体都是原子晶体，而磷原子的半径比氮原子大，N-B共价键键长比B--P小，N-B共价键键能大，因此氮化硼晶体的熔点要比磷化硼晶体高．
（6）磷化硼晶体的晶胞结构如图所示，在BP晶胞中B原子的堆积方式为面心立方堆积，若图中立方体的边长为a pm，则磷化硼中硼原子和磷原子之间的最近距离为$\frac{a}{2\sqrt{1-cos109°28′}}$pm．

Answer 1

分析 （1）同一周期元素中，元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于同周期相邻元素的；
（2）某元素位于第四周期Ⅷ族，其基态原子的未成对电子数与基态碳原子的未成对电子数相同，碳原子的电子排布为1s²2s²2p²，未成对电子数为2，则该元素为Ni；
（3）AlCl₃可以通过配位键形成具有桥式结构的双聚分子Al₂Cl₆，Al含有空轨道，Cl含有孤对电子，形成配位键；
（4）KCN可被H₂O₂氧化为KOCN，KOCN为离子晶体，存在碳氮三键，三键中一根σ键，两根π键，H₂O₂常温下是液体，沸点较高（150℃），考虑氢键的影响；
（5）同为原子晶体，从共价键键能角度解释BN和BP的熔点大小；
（6）根据晶胞结构判断B原子的堆积方式，磷化硼中硼原子和磷原子之间的最近距离B-P形成的正四面体之间的距离，根据立体几何知识计算最短距离．

解答 解：（1）同一周期元素中，元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势，半充满的N原子和全充满的Be原子第一电离能要比同周期相邻元素的高，故第一电离能介于B、N之间的第二周期元素有Be、C、O三种元素，
故答案为：3；
（2）某元素位于第四周期Ⅷ族，其基态原子的未成对电子数与基态碳原子的未成对电子数相同，C原子的电子排布为1s²2s²2p²，未成对电子数为2，则该元素为Ni，其基态原子的价层电子排布式为3d⁸4s²，
故答案为：3d⁸4s²；
（3）AlCl₃可以通过配位键形成具有桥式结构的双聚分子Al₂Cl₆，Al含有空轨道，Cl含有孤对电子，形成配位键，则Al₂Cl₆分子的结构式为，
故答案为：；
（4）KCN可被H₂O₂氧化为KOCN，KOCN为离子晶体，
存在碳氮三键，三键中一根σ键，两根π键，则1mol该物质中含有的π键数目为2mol，
H₂O₂常温下是液体，沸点较高（150℃），考虑氢键的影响，存在氢键会使其沸点异常升高，
故答案为：离子晶体；2mol；分子间存在氢键；
（5）同为原子晶体，共价键越强，键能越大，则熔点越高，磷原子的半径比氮原子大，N-B共价键键长比B--P小，N-B共价键键能大，因此氮化硼晶体的熔点要比磷化硼晶体高，
故答案为：由于二者形成的晶体都是原子晶体，而磷原子的半径比氮原子大，N-B共价键键长比B--P小，N-B共价键键能大，因此氮化硼晶体的熔点要比磷化硼晶体高；
（6）根据晶胞结构判断，B原子占据立方晶胞的面心和顶点，则B原子的堆积方式为面心立方堆积，
联想到金刚石晶胞，磷化硼中硼原子和磷原子之间的最近距离B-P形成的正四面体之间的距离，正四面体的键角为109°28'，立方体的边长为a pm，根据立体几何知识，底面左下角顶点的B原子和底面面心之间的B原子间的距离为l=$\frac{\sqrt{2}}{2}apm$，设B-P间最短距离为x，根据余弦定理，cos109°28'=$\frac{{x}^{2}+{x}^{2}-{l}^{2}}{2•x•x}$，可得x=$\frac{a}{2\sqrt{1-cos109°28'}}$pm，
故答案为：面心立方堆积；$\frac{a}{2\sqrt{1-cos109°28'}}$．

点评 本题考查物质结构知识，包含第一电离能的比较，价电子排布式的书写，配合物的成键，价键类型的判断，晶胞的计算，均为高频考点，题目难度中等，试题有助于培养综合分析问题的能力．