Question

1．人类文明的发展历程，也是化学物质的认识和发现的历程，其中铁、硝酸钾、青霉素、氨、乙醇、二氧化、聚乙烯、二氧化硅等17种“分子”改变过人类的世界．
（1）Fe单质为体心立方晶体，晶胞中铁原子的配位数为8，基态铁原子有4个未成对电子，Fe³⁺的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶；．
（2）硝酸钾中NO₃^-的空间构型为平面正三角形，写出与NO₃^-互为等电子体的一种非极性分子化学式BF₃[SO₃（g）、BBr₃等]．
（3）6氨基青霉烷酸的结构如图1所示，其中采用sp³杂化的原子有C、N、O、S．

（4）下列说法正确的有a（填字母序号）．
a．乙醇分子间可形成氢键，导致其沸点比氯乙烷高
b．钨的配合物离子[W（CO）₅OH]^-能催化固定CO₂，该配离子中钨显-1价
c．聚乙烯（）分子中有5n个σ键
d．由下表中数据可确定在反应Si（s）+O₂（g）═SiO₂（s）中，每生成60g SiO₂放出的能量为（2c-a-b） kJ

化学键	Si-Si	O═O	Si-O
键能（kJ•mol-1）	a	b	c

5）铁和氨气在640℃可发生置换反应，产物之一的晶胞结构如图2所示，写出该反应的化学方程式8Fe+2NH₃$\frac{\underline{\;640℃\;}}{\;}$2Fe₄N+3H₂，若两个最近的Fe原子间的距离为s cm，则该晶体的密度是$\frac{119\sqrt{2}}{2{s}^{3}{N}_{A}}$g•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）体心立方晶胞中每个Fe原子周围有8个Fe原子，Fe属于26号元素，电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²；
（2）根据价层电子对互斥理论判断NO₃^-的空间构型；原子个数相等价电子数相等的微粒是等电子体，正负电荷重心重合的分子是非极性分子；
（3）根据价层电子对互斥理论确定原子杂化方式；
（4）a．氢键的存在影响物质的熔沸点；
b．根据化合物中化合价的代数和为0计算；
c．聚乙烯（）分子中有（6n-1）个σ键；
d.60gSiO₂的物质的量=$\frac{60}{60}$=1mol，一个硅原子含有4个硅氧键；
（5）铁和氨气在640℃可发生置换反应生成氮气和氮化铁，利用均摊法确定氮化铁的化学式，根据温度、反应物和生成物写出反应方程式；
设正四面体的棱长为xcm，则正四面体的面对角线为$\sqrt{2}$xcm，又两个最近的Fe原子间的距离为scm，所以$\frac{\sqrt{2}}{2}$x=s，则x=$\sqrt{2}$scm，根据ρ=$\frac{m}{V}$计算晶胞密度．

解答 解：（1）心立方晶胞中每个Fe原子周围有8个Fe原子，故晶胞中该原子的配位数为8，Fe属于26号元素，电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，其中3d轨道中有4个未成对电子，Fe³⁺的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶，故答案为：8；4；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶；
（2）NO₃^-中N原子价层电子对=3+$\frac{1}{2}$（5+1-3×2）=3，且不含孤电子对，所以是平面三角形结构，与N0₃^-互为等电子体的一种非极性分子有：BF₃[SO₃（ g）、BBr₃等]，故答案为：平面正三角形；BF₃[SO₃（ g）、BBr₃等]；
（3）只要共价单键和孤电子对的和是4的原子就采取sp³杂化，根据图片知，采用sp³杂化的原子有C、N、O、S，故答案为：C、N、O、S；
（4）a．乙醇分子间可形成氢键，氯乙烷中不含氢键，氢键的存在导致乙醇的沸点升高，所以乙醇的沸点比氯乙烷高，故正确；
b．根据化合物中化合价的代数和为0知，钨的配合物离子[W（CO）₅OH]^-中钨显0价，故错误；
c．聚乙烯（）分子中有（6n-1）个σ键，故错误；
d．由表中数据知反应Si（s）+O₂（g）=SiO₂（s）中，每生成60gSiO₂放出的能量为（4c-2a-b）kJ，故错误；
故答案为：a；
（5）该晶胞中铁原子个数=8×$\frac{1}{8}$+$6×\frac{1}{2}$=4，氮原子个数是1，所以氮化铁的化学式是Fe₄N，铁和氨气在640℃可发生置换反应生成氮气和氮化铁，所以该反应方程式为：8Fe+2NH₃$\frac{\underline{\;640℃\;}}{\;}$2Fe₄N+3H₂，
设正四面体的棱长为xcm，则正四面体的面对角线为$\sqrt{2}$xcm，又两个最近的Fe原子间的距离为scm，所以$\frac{1}{2}\sqrt{2}$x=s，则x=$\sqrt{2}$scm，根据ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{56×4+14}{{N}_{A}}}{（\sqrt{2}s）^{3}}$=$\frac{119\sqrt{2}}{2{s}^{3}{N}_{A}}$．

故答案为：8Fe+2NH₃$\frac{\underline{\;640℃\;}}{\;}$2Fe₄N+3H₂；$\frac{119\sqrt{2}}{2{s}^{3}{N}_{A}}$．

点评 本题考查较综合，电子数排布式的书写、杂化方式的判断、晶胞的计算都是学习重点，难点是（4）cd选项，c选项中利用数学归纳法分析，d选项中明确硅、二氧化硅的空间结构是解此选项是关键，难度中等．