Question

6．第四周期過(guò)渡元素Mn、Fe、Ti、Ni可與C、H、O形成多種化合物．
（1）下列敘述正確的是AD．（填字母）
A．CH₂O與水分子間能形成氫鍵
B．CH₂O和CO₂分子中的中心原子均采用sp²雜化
C．C₆H₆分子中含有6個(gè)σ鍵和1個(gè)大π鍵，C₆H₆是非極性分子
D．CO₂晶體的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)都比二氧化硅晶體的低
（2）Mn和Fe的部分電離能數(shù)據(jù)如下表：

元    素		Mn	Fe
電離能 /kJ•mol-1	I1	717	759
	I2	1509	1561
	I3	3248	2957

Mn原子價(jià)電子排布式為3d⁵4s²，氣態(tài)Mn²⁺再失去一個(gè)電子比氣態(tài)Fe²⁺再失去一個(gè)電子難，其原因是由Mn²⁺轉(zhuǎn)化為Mn³⁺時(shí)，3d能級(jí)由較穩(wěn)定的3d⁵半充滿狀態(tài)轉(zhuǎn)為不穩(wěn)定的3d⁴狀態(tài)需要的能量較多，而Fe²⁺到Fe³⁺時(shí)，3d能級(jí)由不穩(wěn)定的3d⁶到穩(wěn)定的3d⁵半充滿狀態(tài)，需要的能量相對(duì)要少．
（3）根據(jù)元素原子的外圍電子排布，可將元素周期表分區(qū)，其中Ti屬于d區(qū)．Ti的一種氧化物X，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖1所示，則X的化學(xué)式為TiO₂．

（4）某鐵的化合物結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式如圖2所示
①組成上述化合物中各非金屬元素電負(fù)性由大到小的順序?yàn)镺＞N＞C＞H （用元素符號(hào)表示）
②在圖2中用“→”標(biāo)出亞鐵離子的配位鍵．
（5）NiO（氧化鎳）晶體的結(jié)構(gòu)與NaCl相同，Ni²⁺與最鄰近O^2-的配位數(shù)為6，這幾個(gè)O^2-構(gòu)成的空間構(gòu)型為正八面體．已知Ni²⁺與O^2-的核間距為anm，NiO的摩爾質(zhì)量為M g/mol，阿伏加德羅常數(shù)用N_A表示，則該晶體的密度為$\frac{M×1{0}^{21}}{2{a}^{3}{N}_{A}}$ g/cm³．

Answer 1

分析 （1）A．甲醛中氧元素電負(fù)性很大，與水分子中H原子可以形成氫鍵；
B．CH₂O分子中C原子形成3個(gè)σ鍵，而CO₂分子中C原子形成2個(gè)σ鍵，均沒(méi)有孤電子對(duì)；
C．C₆H₆分子中含有12個(gè)σ鍵和1個(gè)大π鍵；
D．二氧化碳晶體屬于分子晶體，二氧化硅屬于原子晶體．
（2）Mn元素的原子序數(shù)是24號(hào)元素，其原子核外有24個(gè)電子，根據(jù)構(gòu)造原理書寫其價(jià)電子排布式；原子軌道處于半滿、全滿、全空時(shí)能量更低穩(wěn)定；
（3）元素周期表根據(jù)元素原子的外圍電子排布的特征分成五個(gè)區(qū)域：s區(qū)、p區(qū)、d區(qū)、ds區(qū)、f區(qū)，s區(qū)為第ⅠA、ⅡA族，p區(qū)為第ⅢA到零族，d區(qū)包括從第ⅢB族～ⅦB族、第Ⅷ八族，ds區(qū)為第ⅠB、ⅡB族，f區(qū)為鑭系和錒系；
根據(jù)均攤法計(jì)算晶胞中Ti、O原子數(shù)目，進(jìn)而確定化學(xué)式；
（4）①同周期從左向右電負(fù)性逐漸增大，非金屬性越強(qiáng)電負(fù)性越大；
②形成8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)時(shí)，N原子形成3個(gè)共價(jià)鍵，微粒中N原子形成4個(gè)鍵，其中1個(gè)是N原子與亞鐵離子形成的配位鍵；
（5）NiO（氧化鎳）晶體的結(jié)構(gòu)與NaCl相同，離子配位數(shù)為6；
以晶胞體心的Ni²⁺研究，與之最鄰近的6個(gè)O^2-位于面心，這幾個(gè)O^2-構(gòu)成的空間構(gòu)型為正八面體；
已知Ni²⁺與O^2-的核間距為a nm，則晶胞棱長(zhǎng)為2a nm，晶胞中Ni²⁺、O^2-離子數(shù)目均為4，表示出晶胞的質(zhì)量，再根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算晶體密度．

解答 解：（1）A．甲醛中氧元素電負(fù)性很大，與水分子中H原子可以形成氫鍵，故A正確；
B．CH₂O分子中C原子形成3個(gè)σ鍵，而CO₂分子中C原子形成2個(gè)σ鍵，均沒(méi)有孤電子對(duì)，HCHO分子中C原子采用sp²雜化，二氧化碳分子中C原子為sp雜化，故B錯(cuò)誤；
C．C₆H₆分子中含有12個(gè)σ鍵和1個(gè)大π鍵，故C錯(cuò)誤；
D．二氧化碳晶體是分子晶體，二氧化硅晶體是原子晶體，所以CO₂晶體的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)都比二氧化硅晶體的低，故D正確，
故答案為：AD；
（2）Mn元素的原子序數(shù)是24號(hào)元素，其原子核外有24個(gè)電子，根據(jù)構(gòu)造原理書寫其基態(tài)原子核外電子排布式為[Ar]3d⁵4s²，其價(jià)電子排布式為3d⁵4s²，
Mn²⁺轉(zhuǎn)化為Mn³⁺時(shí)，3d能級(jí)由較穩(wěn)定的3d⁵半充滿狀態(tài)轉(zhuǎn)為不穩(wěn)定的3d⁴狀態(tài)需要的能量較多，而Fe²⁺到Fe³⁺時(shí)，3d能級(jí)由不穩(wěn)定的3d⁶到穩(wěn)定的3d⁵半充滿狀態(tài)，需要的能量相對(duì)要少，
故答案為：3d⁵4s²；由Mn²⁺轉(zhuǎn)化為Mn³⁺時(shí)，3d能級(jí)由較穩(wěn)定的3d⁵半充滿狀態(tài)轉(zhuǎn)為不穩(wěn)定的3d⁴狀態(tài)需要的能量較多，而Fe²⁺到Fe³⁺時(shí)，3d能級(jí)由不穩(wěn)定的3d⁶到穩(wěn)定的3d⁵半充滿狀態(tài)，需要的能量相對(duì)要少；
（3）Ti處于第四周期第ⅣB族，屬于d區(qū)元素，每個(gè)晶胞中含有鈦原子數(shù)為8×$\frac{1}{8}$+1=2，氧原子數(shù)為4×$\frac{1}{2}$+2=4，故化學(xué)式為TiO₂，
故答案為：d；TiO₂；
（4）①同周期從左向右電負(fù)性逐漸增大，非金屬性越強(qiáng)電負(fù)性越大，故電負(fù)性大小為O＞N＞C＞H，
故答案為：O＞N＞C＞H；
②形成8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)時(shí)，N原子形成3個(gè)共價(jià)鍵，微粒中N原子形成4個(gè)鍵，其中1個(gè)是N原子與亞鐵離子形成的配位鍵，標(biāo)出配位鍵為：，
故答案為：；
（5）NiO（氧化鎳）晶體的結(jié)構(gòu)與NaCl相同，Ni²⁺與最鄰近O^2-的配位數(shù)為6，以晶胞體心的Ni²⁺研究，與之最鄰近的6個(gè)O^2-位于面心，這幾個(gè)O^2-構(gòu)成的空間構(gòu)型為正八面體；
Ni²⁺與O^2-的核間距為a nm，則晶胞棱長(zhǎng)為2a nm，晶胞中Ni²⁺、O^2-離子數(shù)目均為4，晶胞的質(zhì)量為6×$\frac{Mg/mol}{{N}_{A}mo{l}^{-1}}$，則晶體密度為4×$\frac{Mg/mol}{{N}_{A}mo{l}^{-1}}$÷（2a×10^-7cm）³=$\frac{M×1{0}^{21}}{2{a}^{3}{N}_{A}}$g/cm³，
故答案為：6；正八面體；$\frac{M×1{0}^{21}}{2{a}^{3}{N}_{A}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及氫鍵、雜化方式、化學(xué)鍵、電負(fù)性、核外電子排布、晶胞計(jì)算等，是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)主干知識(shí)的綜合考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，注意識(shí)記中學(xué)常見晶胞結(jié)構(gòu)，難度中等．