Question

6．早期发现的一种天然二十面体准晶颗粒由三种Al、Cu、Fe三种金属元素组成．回答下列问题：
（1）可通过X射线衍射方法区分晶体、和非晶体．
（2）基态Fe原子有4个未成对电子，Fe³⁺的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵．可用硫氰化钾检验Fe³⁺，形成的配合物的颜色为血红色．
（3）新制备的Cu（OH）₂可将乙醛（CH₃CHO）氧化为乙酸，而自身还原成Cu₂O．乙醛中碳原子的杂化轨道类型为sp³、sp²，1mol乙醛分子中含有的σ键的数目为6N_A．乙酸的沸点明显高于乙醛，其主要原因是乙酸存在分子间氢键．
（4）Cu₂O为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有16个铜原子．Al单质为面心立方晶体，其晶胞参数a=0.405nm，晶胞中铝原子的配位数为12．列式表示Al单质的密度$\frac{4×27}{6.02×10{\;}^{23}×（0.405×10{\;}^{-7}）^{3}}$g•cm^-3（不必计算出结果）．

Answer 1

分析 （1）晶体对X射线发生衍射，非晶体不发生衍射，准晶体介于二者之间；
（2）根据Fe原子的核外电子排布式确定未成对电子数，失去电子变为铁离子时，先失去4s上的电子后失去3d上的电子，硫氰化铁为血红色；
（3）乙醛中甲基上的C采取sp³杂化类型，醛基中的C采取sp²杂化类型；1个乙醛分子含有6个σ键和一个π键；乙酸分子间可形成氢键导致沸点较高；
（4）根据O数目和Cu₂O中Cu和O的比例计算晶胞中Cu原子的数目；在Al晶体的一个晶胞中与它距离相等且最近的Al原子在通过这个顶点的三个面心上，面心占$\frac{1}{2}$，通过一个顶点可形成8个晶胞．

解答 解：（1）从外观无法区分三者，但用X光照射挥发现：晶体对X射线发生衍射，非晶体不发生衍射，准晶体介于二者之间，因此通过有无衍射现象即可确定，
故答案为：X射线衍射；
（2）26号元素Fe基态原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，可知在3d上存在4个未成对电子，失去电子变为铁离子时，先失去4s上的2个电子后失去3d上的1个电子，因此Fe³⁺的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵，硫氰化铁为血红色，
故答案为：4；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵；血红色；
（3）乙醛中甲基上的C形成4条σ键，无孤电子对，因此采取sp³杂化类型，醛基中的C形成3条σ键和1条π键，无孤电子对，采取sp²杂化类型；1个乙醛分子含有6个σ键和一个π键，则1mol乙醛含有6molσ键，即6N_A个σ键；乙酸分子间可形成氢键，乙醛不能形成氢键，所以乙酸的沸点高于乙醛，
故答案为：sp³、sp²；6N_A；乙酸存在分子间氢键；
（4）该晶胞中O原子数为4×1+6×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{8}$=8，由Cu₂O中Cu和O的比例可知该晶胞中铜原子数为O原子数的2倍，即为16个；在Al晶体的一个晶胞中与它距离相等且最近的Al原子在通过这个顶点的三个面心上，面心占$\frac{1}{2}$，通过一个顶点可形成8个晶胞，因此该晶胞中铝原子的配位数为8×3×$\frac{1}{2}$=12；一个晶胞中Al原子数为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，因此Al的密度ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{4×27g}{{N}_{A}×（0.405×10{\;}^{-7}cm）^{3}}$=$\frac{4×27}{6.02×10{\;}^{23}×（0.405×10{\;}^{-7}）^{3}}$g•cm^-3，
故答案为：16；12；$\frac{4×27}{6.02×10{\;}^{23}×（0.405×10{\;}^{-7}）^{3}}$．

点评 本题考查了晶体的性质、原子核外电子排布规律、共价键类型、氢键、杂化类型、晶胞配位数及密度的计算，综合性非常强，为历年高考选作常考题型，难度中等，其中晶胞配位数以及密度的计算是本题的难点．