Question

5．碱土金属指II A族的铍（Be）、镁（Mg）、钙（Ca）、锶（Sr）、钡（Ba）等元素，它们的单质及其化合物有着广泛的用途．
（1）Be基态原子的轨道表示式为；镁和铝的笫二电离能：I₂（Mg）＜I₂（Al） （填“＞”“＜”或“=”）．
（2）在500～600℃气相中，氯化铍以二聚体Be₂Cl₄，（）的形式存在，在1000℃，氯化铍则以BeCl₂形式存在．
①在二聚体Be₂Cl₄中Be的杂化方式为sp²，1mol Be₂Cl₄中含有2mol 配位键．
②MgCl₂的熔、沸点比BeCl₂高的原因是MgCl₂是离子晶体，而BeCl₂是分子晶体．发生状态变化时，离子晶体要克服离子键，分子晶体要克服分子间作用力，离子键比分子间作用力强得多．
（3）根据巴索洛规则：一般来讲，盐中阴、阳离子半径相差较大时，其溶解度较大．则在水中溶解度 S（SrF₂）＜S（BaF₂）  （填“＞”“＜””或“=”）．
（4）石灰氮（CaCN₂）-种碱性肥料，可用作除草剂、杀菌剂、杀虫剂等．
①CaCN₂中阴离子为CN₂^2-，与CN₂^2-互为等电子体的分子有N₂O和CO₂（填化学式），写出CN₂^2-的电子式．
②CaCN₂与水反应生成CaCO₃和NH₃两种物质，则1mol CaCN₂与水反应的过程中，反应物断裂的σ键总数4.816×l0²⁴．
（5）Mg²⁺与Ni²⁺、O^2-形成晶体的晶胞结构如图所示（Ni²⁺未画出），则该晶体的化学式为Mg₂NiO₃．已知该品胞参数a pm．则该晶体的密度为$\frac{155}{（a×1{0}^{-10}）^{3}×{N}_{A}}$g•cm^-3（用a和N_A表示）．

Answer 1

分析 （1）Be是碱土族金属，在周期表中位于第二周期，IIA族，其核外电子排布式为1s²2s²；Mg为碱土族金属，位于周期表中第三周期，IIA族，核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²，Al位于周期表中第三周期，第IIIA族，核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p¹，Al失去第二个电子比Mg要困难；
（2）500～600℃气相中，氯化铍以二聚体Be₂Cl₄的形式存在，在1000℃，氯化铍则以BeCl₂形式存在，
①二聚体结构式为，Be与Cl成三个键，因此Be的杂化方式为sp²，Cl的最外层含有1个单电子，最多形成1根共价键，则另外一根键为配位键；
②BeCl₂与AlCl₃相似，均为分子晶体，MgCl₂是离子晶体，离子晶体的熔沸点比分子晶体高；
（3）对于SrF₂和BaF₂，Ba²⁺的半径大于Sr²⁺，二者均为碱土族金属，因此BaF₂的阴阳离子半径差别比SrF₂更大；
（4）①求粒子的等电子体常采用的方法是上下左右平移元素，同时调电子数，因此与CN₂^2-互为等电子体的分子还有CO₂，根据CO₂的电子式，写出$C{N}_{2}^{2-}$的电子式；
②CaCN₂与水反应生成CaCO₃和NH₃两种物质，反应方程式为：CaCN₂+3H₂O=CaCO₃+2NH₃，1molCaCN₂与3molH₂O反应，据此判断断裂反应物的σ键数量；
（5）立方晶胞顶点粒子占$\frac{1}{8}$，面心粒子占$\frac{1}{2}$，棱上粒子占$\frac{1}{4}$，根据晶胞计算粒子数，再根据电中性原理求解该晶体的化学式；根据晶体密度计算公式：$ρ=\frac{z{M}_{r}}{{N}_{A}V}$求解，其中z为粒子个数，Mr为粒子相对质量，V为一个晶胞体积．

解答 解：（1）Be在周期表中位于第二周期，IIA族，其核外电子排布式为1s²2s²，则其基态原子的轨道表示式为；Mg位于周期表中第三周期，IIA族，核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²，Al位于周期表中第三周期，第IIIA族，核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p¹，Al在失去一个电子之后，剩下的是相对稳定结构，再失去电子比Mg要困难，因此第二电离能：I₂（Mg）＜I₂（Al）．
故答案为：；＜；
（2）①500～600℃气相中，氯化铍以二聚体Be₂Cl₄的形式存在，结构式为，Be与Cl成三个键，因此Be的杂化方式为sp²；Cl的最外层含有1个单电子，最多形成1根共价键，则另外一根键为配位键，根据结构式，其中有2个Cl存在配位键，因此1molBe₂Cl₄存在2mol配位键，
故答案为：sp²；2；
②Be和Al处于对角线位置，二者性质相似，BeCl₂与AlCl₃相似，均为分子晶体，MgCl₂是离子晶体，离子晶体的熔沸点比分子晶体高，因此MgCl₂的熔、沸点比BeCl₂高的原因是MgCl₂是离子晶体，而BeCl₂是分子晶体．发生状态变化时，离子晶体要克服离子键，分子晶体要克服分子间作用力．离子键比分子间作用力强得多，
故答案为：MgCl₂是离子晶体，而BeCl₂是分子晶体．发生状态变化时，离子晶体要克服离子键，分子晶体要克服分子间作用力．离子键比分子间作用力强得多；
（3）根据巴索洛规则：一般来讲，盐中阴、阳离子半径相差较大时，其溶解度较大，对于SrF₂和BaF₂，Ba²⁺的半径大于Sr²⁺，二者均为碱土族金属，因此BaF₂的阴阳离子半径差别比SrF₂更大，因此在水中溶解度 S（SrF₂）＜S（BaF₂），
故答案为：＜；
（4）①等电子体是指原子数相同，价电子数也相同的粒子，则与CN₂^2-互为等电子体的分子有N₂O和CO₂，根据CO₂的电子式，仿照着可以写出CN₂^2-的电子式：，故答案为：CO₂；；
②CaCN₂与水反应生成CaCO₃和NH₃两种物质，反应方程式为：CaCN₂+3H₂O=CaCO₃+2NH₃，反应物为1molCaCN₂与3molH₂O反应，1molCaCN₂中有2molσ键，3molH₂O有6molσ键，因此1mol CaCN₂与水反应的过程中，反应物断裂的σ键总数为8mol，即4.816×10²⁴，
故答案为：4.816×10²⁴；
（5）立方晶胞顶点粒子占$\frac{1}{8}$，面心粒子占$\frac{1}{2}$，棱上粒子占$\frac{1}{4}$，根据晶胞结构，Mg²⁺数目为$4×\frac{1}{2}=2$，O^2-数目为$12×\frac{1}{4}=3$，根据电中性原理，Ni²⁺数目为1，所以该晶体的化学式为Mg₂NiO₃；
已知该品胞参数a pm，取1mol晶胞，则含有1molMg₂NiO₃，1mol晶胞的质量为m=1mol×155g/mol=155g，1mol晶胞含有N_A个晶胞，一个晶胞的体积为${V}_{0}=（a×1{0}^{-10}）^{3}c{m}^{3}$，因此晶体的密度为$ρ=\frac{m}{{N}_{A}×V}=\frac{155}{（a×1{0}^{-10}）^{3}×{N}_{A}}g/c{m}^{3}$，
故答案为：Mg₂NiO₃；$\frac{155}{（a×1{0}^{-10}）^{3}×{N}_{A}}$．

点评 本题主要考察物质结构知识，包含轨道表示式，共价键类型判断，电离能，晶体类型判断，溶解度，晶胞的计算．题目难度中等，是中档题．