Question

20．化學作為一門基礎自然科學，在材料科學、生命科學、能源科學等諸多領域發(fā)揮著重要作用．
（1）高溫超導材料釔鋇銅氧的化學式為YBaCu₃O₇，其中$\frac{1}{3}$的Cu以罕見的Cu³⁺形式存在．Cu在元素周期表中的位置為第四周期第ⅠB族，基態(tài)Cu³⁺的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸．
（2）磁性材料在生活和科學技術中應用廣泛．研究表明，若構成化合物的陽離子有未成對電子時，則該化合物具有磁性．下列物質適合作錄音磁帶磁粉原料的為B（填選項字母）．
A．V₂O₅    B．CrO₂    C．PbO    D．ZnO
（3）屠呦呦因在抗瘧藥--青蒿素研究中的杰出貢獻，成為首獲科學類諾貝爾獎的中國人．青蒿素的結構簡式如圖1所示，其組成元素的電負性由大到小的順序為O＞C＞H；碳原子的雜化方式為sp²、sp³．
（4）“可燃冰”因儲量大、污染小被視為未來石油的替代能源，由甲烷和水形成的“可燃冰”結構如圖2所示．
①“可燃冰”中分子間存在的作用力為氫鍵、范德華力．
②H₂O的VSEPR模型為四面體形
比較鍵角的大小：H₂O＜CH₄（填“＞”“＜”或“=”），原因為甲烷分子的雜化軌道中無孤電子對，而H₂O分子有兩對孤對電子，孤對電子與成鍵電子的排斥力大、鍵角小

（5）鋰離子電池在便攜式電子設備以及電動汽車、衛(wèi)星等領域顯示出廣闊的應用前景．該電池負極材料為石墨，石墨為層狀結構（如圖3），其晶胞結構如圖4所示，該晶胞中有4個碳原子．已知石墨的層間距為apm，C-C鍵長為b pm，阿伏伽德羅常數(shù)的值為N_A，則石墨晶體的密度為$\frac{16×1{0}^{30}}{\sqrt{3}a^{2}{N}_{A}}$g•cm^-3（列出計算式）．

Answer 1

分析 （1）Cu原子核外電子數(shù)為29，原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，失去4s能級1個電子、3d能級2個電子形成Cu³⁺；
（2）構成化合物的陽離子有未成對電子時，該化合物具有磁性，適合作錄音磁帶磁粉原料，根據離子核外電子排布式判斷；
（3）青蒿素的組成元素有C、H、H，非金屬性越強電負性越大；分子中酯基中C原子為形成3個σ鍵、其它碳原子形成4個σ鍵，均沒有孤對電子；
（4）①水分子之間形成氫鍵，分子之間還存在范德華力；
②H₂O分子中O原子形成2個σ鍵、含有2對孤電子對；孤對電子與成鍵電子的排斥力比成鍵電子之間排斥力大；
（5）根據均攤法計算晶胞中C原子數(shù)目，C-C鍵長為b pm，則上、下底面為菱形，上底面棱長為b pm×$\frac{\sqrt{3}}{2}$×2=$\sqrt{3}$b pm，石墨的層間距為apm，則晶胞高為2a pm，計算晶胞質量，根據ρ=$\frac{m}{V}$計算晶胞密度．

解答 解：（1）Cu原子核外電子數(shù)為29，原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，處于周期表中第四周期第ⅠB族，失去4s能級1個電子、3d能級2個電子形成Cu³⁺，基態(tài)Cu³⁺的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸，
故答案為：第四周期第ⅠB族；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸；
（2）A．V₂O₅ 中V⁵⁺的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶，沒有未成對電子，沒有磁性；
B．CrO₂ 中Cr⁴⁺的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²，有未成對電子，具有磁性；
C．PbO 中Pb處于IVA族，失去p能級2電子形成Pb²⁺，沒有未成對電子，沒有磁性；
D．ZnO中Zn²⁺的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰，沒有未成對電子，沒有磁性，
CrO₂適合作錄音磁帶磁粉原料，
故選：B；
（3）青蒿素的組成元素有C、H、H，非金屬性越強電負性越大，故電負性O＞C＞H；分子中酯基中C原子為形成3個σ鍵、其它碳原子形成4個σ鍵，均沒有孤對電子，碳原子的雜化方式為 sp²、sp³，
故答案為：O＞C＞H；sp²、sp³；
（4）①水分子之間形成氫鍵，分子之間還存在范德華力，故答案為：氫鍵、范德華力；
②H₂O分子中O原子形成2個σ鍵、含有2對孤電子對，VSEPR模型為四面體形；甲烷分子的雜化軌道中無孤電子對，而H₂O分子有兩對孤對電子，孤對電子與成鍵電子的排斥力大、鍵角小，則鍵角H₂O＜CH₄，
故答案為：四面體形；＜；甲烷分子的雜化軌道中無孤電子對，而H₂O分子有兩對孤對電子，孤對電子與成鍵電子的排斥力大、鍵角�。�
（5）根據均攤法，晶胞中C原子數(shù)目=1+8×$\frac{1}{8}$+4×$\frac{1}{4}$+2×$\frac{1}{2}$=4，晶胞質量為$\frac{4×12}{{N}_{A}}$g，C-C鍵長為b pm，則上、下底面為菱形，上底面棱長為b pm×$\frac{\sqrt{3}}{2}$×2=$\sqrt{3}$b pm，石墨的層間距為apm，則晶胞高為2a pm，則晶胞密度為$\frac{4×12}{{N}_{A}}$g÷{[2×$\frac{1}{2}$×$\sqrt{3}$b×10^-10×$\sqrt{3}$b×10^-10×sin60°cm]×2a×10^-10cm}=$\frac{16×1{0}^{30}}{\sqrt{3}a^{2}{N}_{A}}$g．cm^-3，
故答案為：4；$\frac{16×1{0}^{30}}{\sqrt{3}a^{2}{N}_{A}}$．

點評 本題是對物質結構與性質的考查，涉及核外電子排布、電負性、雜化方式、價層電子對互斥理論、晶胞計算等，（5）為易錯點、難點，需要學生具備一定的空間想象與數(shù)學計算能力，難度較大．