Question

14．铬、钒、镨（Pr）、铈（Ce）等金属在工农业生产中有广泛的应用．
（1）铬是一种硬而脆、抗腐蚀性强的金属，常用于电镀和制造特种钢．基态Cr原子中，电子占据最高能层的符号为N，该能层上具有的原子轨道数为16，价电子排布式为3d⁵4s¹．
（2）用Cr₂O₃作原料，铝粉作还原剂的铝热法可生成铬．该反应是一个自发放热反应，由此可判断Cr-O键和Al-O键中Al-O键更强．研究发现气态氯化铝分子式为Al₂Cl₆，分子中存在配位键，分子间存在范德华力，则固态氯化铝晶体类型是分子晶体．
（3）V₂O₅是一种常见的催化剂，在合成硫酸、硝酸、邻苯二甲酸酐、乙烯、丙烯中，均使用V₂O₅作催化剂．V₂O₅的结构式如图所示，则V₂O₅分子含6个σ键和4个π键．丙烯分子中碳原子的杂化方式为sp²、sp³．
（4）PrO₂晶体结构与CaF₂相似，PrO₂晶胞中Pr原子位于面心和顶点，则PrO₂的晶胞中含有8个氧原子，Pr的配位数为8．
（5）铈（Ce）单质为面心立方晶体，其晶胞参数为a=516pm，则铈原子（Ce）半径r为$\frac{\sqrt{2}×516}{4}$ pm（列算式即可，下同），Ce单质晶体的密度为$\frac{4×140}{6.02×10{\;}^{23}×（516×10{\;}^{-10}）{\;}^{3}}$g/cm³．

Answer 1

分析 （1）根据铬的核外电子排布规律可知，铬在最外层是N层，有2个电子，据此答题；
（2）根据反应Cr₂O₃+2Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Cr+Al₂O₃是放热，利用反应热△H=反应物的总键能-生成物的总键能来解答；分子晶体中分子间存在范德华力；
（3）两原子形成共价键时，有且仅有一个为σ键，其它为π键，丙烯分子中碳原子周围有三个σ键，没有孤电子对，据此判断；
（4）PrO₂（二氧化镨）的晶体结构与CaF₂相似，晶胞中Pr（镨）原子位于面心和顶点，以晶胞顶点的Pr原子为例，与之距离最近的氧原子位于立方体的体对角线上，每个顶点为8故晶胞共用，根据均摊法计算晶胞中Pr原子数目，再根据化学式中原子数目之比计算晶胞中O原子数目；
（5）铈（Ce）单质为面心立方晶体，所以晶胞的面对角线应等于Ce原子半径的4倍，据此计算；利用均摊法计算晶胞中Ce原子数目，可以计算晶胞质量，根据ρ=$\frac{m}{V}$计算密度．

解答 解：（1）铬的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹，所以铬在最外层是N层，有1个电子，N层上原子轨道为spdf四种，共有轨道数为1+3+5+7=16，价电子排布式为3d⁵4s¹，
故答案为：N；16；3d⁵4s¹；
（2）反应Cr₂O₃+2Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Cr+Al₂O₃是放热，△H＜O，由反应热△H=反应物的总键能-生成物的总键能可知Cr-O键的键能小于Al-O键，Al-O稳定性更强，分子晶体中分子间存在范德华力，所以固态氯化铝晶体类型是分子晶体；
故答案为：Al-O；分子晶体；
（3）两原子形成共价键时，有且仅有一个为σ键，其它为π键，根据V₂O₅的结构式可知，V₂O₅分子含 6个σ键和4个π键，丙烯分子中连有双键的碳原子周围有三个σ键，没有孤电子对，甲基中的碳有4个σ键，所以丙烯分子中碳原子的杂化方式为sp²、sp³，
故答案为：6；4；sp²、sp³；
（4）PrO₂（二氧化镨）的晶体结构与CaF₂相似，晶胞中Pr（镨）原子位于面心和顶点，晶胞中Pr原子数目=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，而Pr原子与O原子数目之比为1：2，则晶胞中O原子数目为4×2=8，以晶胞顶点的Pr原子为例，与之距离最近的氧原子位于立方体的体对角线上，每个顶点为8故晶胞共用，Pr的配位数为8，
故答案为：8；8；
（5）铈（Ce）单质为面心立方晶体，所以晶胞的面对角线应等于Ce原子半径的4倍，所以铈原子（Ce）半径r为$\frac{\sqrt{2}×516}{4}$pm；
晶胞中铈原子位于顶点和面心，数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，晶胞质量为4×$\frac{140}{6.02×10{\;}^{23}}$g，该晶胞体积为（516×10^-10cm）³，则密度ρ=4×$\frac{140}{6.02×10{\;}^{23}}$g÷（516×10^-10cm）³=$\frac{4×140}{6.02×10{\;}^{23}×（516×10{\;}^{-10}）{\;}^{3}}$g•cm^-3，
故答案为：$\frac{\sqrt{2}×516}{4}$；$\frac{4×140}{6.02×10{\;}^{23}×（516×10{\;}^{-10}）{\;}^{3}}$．

点评 本题考查较为综合，涉及核外电子排布、原子结构、化学键、晶体类型、晶胞的结构及晶体计算等知识，题目难度中等，侧重考查对基础知识的应用，需要学生具备扎实的基础，难度中等．