Question

3．黑色金属材料是工业上对铁、铬和锰的统称，这三种金属都是冶炼钢铁的主要原料，回答下列问题．
（1）基态铬原子有6个未成对电子；一价锰离子的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹；晶体盐是一种配合物，化学式为K_x[Fe（CN）]_Y•3H₂O，该配合物中配体的化学式为CN^-，与该配体互为等电子的分子有N₂（举一例）．
（2）酸性KMnO₄能将甲苯氧化为苯甲酸，甲苯中碳原子的杂化轨道类型为sp³；甲酸苯酚酯是苯甲酸的同分异构体，但沸点比苯甲酸低得多，其原因是苯甲酸分子间存在氢键，熔点、沸点增大；
高锰酸的结构式为它属于强（填“强”或“弱”）酸．

（3）Fe³⁺是H₂O分解的催化剂，已知下列键能数据；

化学键	H-O	O-O	O-O
键能/（J．mol-1）	163	142	438

①1molH₂O中含α键的数目为2mol．
②2H₂O₂（l）=2H₂O（l）+O₂（g），该分解反应为放（填“放”或“吸”）热反应．
（4）每个金属铬晶胞中有2个Cr原子，则晶胞中Cr原子的配位数为8；其晶胞边长为αcm，则铬单质约密度为$\frac{104}{{a}^{3}N{\;}_{A}}$g•cm^-3（不必计算出结果）．

Answer 1

分析 （1）铬是24号元素，其原子核外有24个电子，根据排布原理写出其基态原子核外电子排布式来判断；锰离子原子序数为25号，其核外有24个电子，根据排布原理写出其基态离子核外电子排布式；根据配体提供孤电子对，中心离子提供空轨道，据此判断配体；等电子体指原子数相等价电子总数相等的微粒；
（2）由价层电子对互斥理论确定原子杂化方式；分子间存在氢键，熔点、沸点增大；含氧酸分子的结构中含非羟基（羟基为-OH）氧原子数越多，该含氧酸的酸性越强．
（3）①单键中含有1个σ键，双键中含有1个σ键、1个π键来解答；
②根据焓变=反应物的总键能-生成物的总键能计算焓变，然后判断反应的热效应；
（4）每个金属铬晶胞中有2个Cr原子，说明晶胞为体心立方堆积，中心原子最近的原子有8个，原子的配位数为8；根据ρ=$\frac{m}{V}$计算其密度．

解答 解：（1）铬是24号元素，其原子核外有24个电子，根据排布原理知其基态核外电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹，未成对电子有6个；锰离子原子序数为25号，其核外有24个电子，一价锰离子的核外电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹；在[Fe（CN）]_Y^X+中CN^-提供孤电子对，做配体；CN^-含有2个原子，价电子总数为4+5+1=10，故其等电子体为氮气分子等；
故答案为：6；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹；CN^-；N₂；
（2）甲苯中含有甲基，该分子中C原子价层电子对个数都是4，所以所有C原子采用sp³杂化；苯甲酸分子间存在氢键，熔点、沸点增大，而甲酸苯酚酯无分子间存在氢键；中含非羟基（羟基为-OH）氧原子数已最多，该含氧酸是强酸；
故答案为：sp³杂化；苯甲酸分子间存在氢键，熔点、沸点增大；强；
（3）①H₂O分子结构式为H-O-H，含有2个σ键，所以1molH₂O中含α键的数目为2mol；
故答案为：2mol；
②焓变△H=反应物的总键能-生成物的总键能=（163KJ/mol×4+142KJ/mol×2）-（163KJ/mol×4+438KJ/mol）=-154KJ/mol，反应放热；
故答案为：放；
（4）每个金属铬晶胞中有2个Cr原子，说明晶胞为体心立方堆积，中心原子最近的原子有8个，原子的配位数为8；晶胞边长为αcm，晶胞体积=a³cm³，ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{52}{{N}_{A}}×2}{{a}^{3}}$g/cm³=$\frac{104}{{a}^{3}N{\;}_{A}}$g/cm³，
故答案为：8；$\frac{104}{{a}^{3}N{\;}_{A}}$．

点评 本题考查较综合，涉及核外电子排布、原子杂化、化学键、晶胞的计算等知识点，难度不大，难点是晶胞计算．