Question

4．（1）写出基态镍原子的价电子排布图 ．
（2）丙酮（      ）分子中2号碳原子的杂化方式为sp²杂化；与CS₂互为等电子体的离子是SCN^-（写一种）．
（3）含0.1mol[Cr（H₂O）₅Cl]Cl₂•H₂O的水溶液与足量硝酸银溶液反应生成0.2mol AgC1沉淀．H₂O分子的键角比H₂S分子的键角大，原因是氧的原子半径比硫小，电负性比硫大，水分子中成键电子对更靠近中心原子，相互排斥作用大，键角大．
（4）由铜与氯形成的一种化合物的晶胞结构如图所示（黑点代表铜原子）．
①该晶体的化学式为CuCl．
②将晶胞内的4个黑点相互连接所形成的立体构型是正四面体形．
③晶体中与一个氯原子距离最近的氯原子有12个．
④已知该晶体的密度为ρg•cm^-3，阿伏加德罗常数的值为N_A，则该晶体中铜原子和氯原子之间的最短距离为$\frac{\sqrt{3}}{4}×\root{3}{\frac{4×99.5}{{N}_{A}×ρ}}×1{0}^{10}$pm（列出计算式即可）．

Answer 1

分析 （1）Ni原子在周期表中的位置为第四周期，第VIII族；
（2）丙酮分子中2号碳原子为羰基碳原子，是平面构型，根据杂化轨道理论判断，等电子体是指原子数目相同，价电子数目也相同的粒子；
（3）配合物外界可以完全电离，内界不电离，根据反应关系确定反应的量，根据VSEPR理论和电负性差异解释H₂O和H₂S的键角差异；
（4）①立方晶胞中，顶点粒子占$\frac{1}{8}$，面心粒子占$\frac{1}{2}$，内部粒子为整个晶胞所有，据此解答；
②由该晶胞可以看出，与金刚石晶胞相似，所以讲晶胞内的四个黑点相互连接，可以组成一个正四面体形；
③结合Cl原子周围等径的Cl原子的排布解答，在图中的晶胞中，Cl原子周围等径且最近的原子有8个，考虑到晶胞不是孤立的个体，下面还有晶胞，下面一个晶胞有4个，一共是12个；
④根据晶胞密度公式$ρ=\frac{z{M}_{r}}{{N}_{A}V}$解答，其中z为一个晶胞粒子数，Mr为一个粒子的相对质量，V为一个晶胞的体积．

解答 解：（1）Ni原子在周期表中的位置为第四周期，第VIII族，在Co的后面一个元素，其价电子排布式为3d⁸4s²，则其价电子排布图为：．故答案为：．
（2）根据图示，丙酮分子中2号碳原子为羰基碳原子，是平面构型，根据杂化轨道理论，2号C原子的杂化方式应为sp²杂化；求等电子体粒子，通常采用上下左右平移元素，同时调电子数的方法求解，所以与CS₂互为等电子体的阴离子，需注意求解的是阴离子，则有SCN^-（或$OC{N}^{-}，CN{O}^{-}，{N}_{3}^{-}$等）．故答案为：sp²杂化，SCN^-（或$OC{N}^{-}，CN{O}^{-}，{N}_{3}^{-}$等）．
（3）配合物外界可以完全电离，内界不电离，对于0.1mol[Cr（H₂O）₅Cl]Cl₂•H₂O的水溶液，可以完全电离出0.2molCl^-，也就可以与0.2mol硝酸银反应生成0.2molAgCl沉淀；H₂O分子的键角比H₂S分子的键角大，O和S均为氧族元素，O的电负性比S大，但O的半径比S小，二者含有相同的价电子，半径小的O原子电子的斥力较大，而根据VSEPR理论，孤电子对斥力大于键电子对斥力，因此H₂O的键角大些．故答案为：0.2，氧的原子半径比硫小，电负性比硫大，水分子中成键电子对更靠近中心原子，相互排斥作用大，键角大．
（4））①立方晶胞中，顶点粒子占$\frac{1}{8}$，面心粒子占$\frac{1}{2}$，内部粒子为整个晶胞所有，因此一个晶胞中，Cu的数目为4，Cl的数目为$8×\frac{1}{8}+6×\frac{1}{2}=4$，则该晶体的化学式为CuCl；
②由该晶胞可以看出，与金刚石晶胞相似，所以讲晶胞内的四个黑点相互连接，可以组成一个正四面体形．故答案为：正四面体形．
③晶胞不应作为孤立体系而存在，周围有无数晶胞重叠，从底心的Cl看出，周围等径且最近的原子有8个，下面一个晶胞有4个，因此在它周围等径且最近的Cl有12个．故答案为：12．
④取1mol晶胞，则有N_A个晶胞，设晶胞边长为acm，则一个晶胞的体积为${V}_{0}={a}^{3}$cm³一个晶胞中含有4个Cu和4个Cl，则1mol晶胞的质量为m=4×64+4×35.5=4×99.5g，则晶胞的密度为$ρ=\frac{m}{{N}_{A}{V}_{0}}=\frac{4×99.5}{{N}_{A}{a}^{3}}g/c{m}^{3}$，所以晶胞的边长$a=\root{3}{\frac{4×99.5}{ρ×{N}_{A}}}$，CuCl的晶胞与金刚石晶胞相似，左下角附近的一个Cu与周围四个Cl形成一个正四面体，金刚石晶胞中，C原子以sp³杂化与周围C原子连接，根据杂化轨道理论键角公式，键角应为$cosθ=\frac{-\frac{1}{4}}{1-\frac{1}{4}}=-\frac{1}{3}$，设Cu-Cl原子的最短距离为x，这个最短距离就是正四面体的Cu-Cl原子的键长，根据几何关系，左下角顶点的Cl与左面心的Cl原子间的距离应为$\frac{\sqrt{2}}{2}a$，由余弦定理，$cosθ=\frac{{x}^{2}+{x}^{2}-（\frac{\sqrt{2}}{2}a）^{2}}{2•x•x}=-\frac{1}{3}$，解得$x=\frac{\sqrt{3}}{4}a$，由于$a=\root{3}{\frac{4×99.5}{ρ×{N}_{A}}}$，所以$x=\frac{\sqrt{3}}{4}×\root{3}{\frac{4×99.5}{ρ×{N}_{A}}}cm$=$\frac{\sqrt{3}}{4}×\root{3}{\frac{4×99.5}{{N}_{A}×ρ}}×1{0}^{10}pm$．故答案为：$\frac{\sqrt{3}}{4}×\root{3}{\frac{4×99.5}{{N}_{A}×ρ}}×1{0}^{10}$．

点评 本题考查物质结构知识，包括核外电子排布式，排布图，杂化轨道理论，粒子空间构型的判断，等电子体原理，晶胞计算．最后一问难度较大，需观察到与金刚石晶胞的相似性，注意知识的迁移，需结合大学化学的杂化轨道理论键角公式和余弦定理求解，需要一定的几何知识，能力要求很高，难度较大．本题整体难度中等，考查知识点综合，是中档题．