Question

【題目】鋅、氮元素形成的化合物在各領(lǐng)域有著重要的作用。

(1)基態(tài)Zn2+的價電子排布式為_______________；

(2)獨立的NH3分子中，H-N-H鍵鍵角為107°18’。如圖是[Zn(NH3)6]2＋的部分結(jié)構(gòu)以及其中H-N-H鍵鍵角。

請解釋[Zn(NH3)6]2＋離子中H-N-H鍵角變?yōu)?/span>109.5°的原因是_____________。

(3)離子液體具有很高的應用價值，其中EMIM＋離子由H、C、N三種元素組成，其結(jié)構(gòu)如圖所示：

大π鍵可用符號Π表示，其中m、n分別代表參與形成大π鍵的原子數(shù)和電子數(shù)。則EMIM＋離子中的大π鍵應表示為___________________�；�合物[EMIM][AlCl4]具有很高的應用價值，其熔點只有7 ℃，該物質(zhì)晶體的類型是________。

(4)過渡元素水合離子是否有顏色與原子結(jié)構(gòu)有關(guān)，且存在一定的規(guī)律，已知Zn2＋等過渡元素離子形成的水合離子的顏色如下表所示：

離子	Sc3＋	Cr3＋	Fe2＋	Zn2+
水合離子的顏色	無色	綠色	淺綠色	無色

請根據(jù)原子結(jié)構(gòu)推測Sc3＋、Zn2＋的水合離子為無色的原因：____________________。

(5)Zn與S形成某種化合物的晶胞如圖所示。

①Zn2+填入S2－組成的________________空隙中；

②由①能否判斷出S2－、Zn2+相切？_________（填“能”或“否”）；已知晶體密度為dg/cm3，S2－半徑為a pm，若要使S2-、Zn2+相切，則Zn2+半徑為____________________pm（寫計算表達式）。

Answer 1

【答案】3d10 氨分子與Zn2＋形成配合物后，孤對電子與Zn2＋成鍵，原孤對電子與成鍵電子對之間的排斥作用變?yōu)槌涉I電子對之間的排斥作用，排斥作用減弱，所以H-N-H鍵鍵角變大 Π 離子晶體 3d軌道上沒有未成對電子(或3d軌道為全空或全滿狀態(tài)) 正四面體 否 ×1010-a

【解析】

(1)基態(tài)Zn的電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s2，由此可確定Zn2+的價電子排布式。

(2)解釋[Zn(NH3)6]2＋離子中H-N-H鍵角變?yōu)?/span>109.5°，可從電子對的排斥作用尋找原因。

(3)EMIM＋離子中形成大π鍵的原子有5個，其中3個C原子、2個N原子，參與形成大π鍵的電子數(shù)為6�；�合物[EMIM][AlCl4]，由[EMIM]+、[AlCl4]-構(gòu)成，由此可確定該物質(zhì)的晶體類型。

(4)通過對Sc3＋、Cr3＋、Fe2＋、Zn2+四種離子的核外電子進行分析，得出Sc3＋、Zn2＋的水合離子為無色的原因。

(5)①四個S2-構(gòu)成正四面體結(jié)構(gòu)，Zn2+體積很小，填入S2－組成的空隙中；

②由①無法判斷出S2－、Zn2+是否相切；已知晶體密度為dg/cm3，S2－半徑為a pm，若要使S2-、Zn2+相切，可通過建立一個正四面體，確定一個三角形，計算Zn2+半徑。

(1) 基態(tài)Zn的電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s2，則基態(tài)Zn2+的價電子排布式為3d10。答案為：3d10；

(2)在獨立的NH3分子中，N原子的孤電子對排斥成鍵電子對的能力強，[Zn(NH3)6]2＋中，N原子的孤電子對轉(zhuǎn)化為成鍵電子對，對其它三個成鍵電子對的排斥作用減弱，鍵角增大。

從而得出解釋[Zn(NH3)6]2＋離子中H-N-H鍵角變?yōu)?/span>109.5°的原因是氨分子與Zn2＋形成配合物后，孤對電子與Zn2＋成鍵，原孤對電子與成鍵電子對之間的排斥作用變?yōu)槌涉I電子對之間的排斥作用，排斥作用減弱，所以H-N-H鍵鍵角變大。答案為：氨分子與Zn2＋形成配合物后，孤對電子與Zn2＋成鍵，原孤對電子與成鍵電子對之間的排斥作用變?yōu)槌涉I電子對之間的排斥作用，排斥作用減弱，所以H-N-H鍵鍵角變大；

(3) EMIM＋離子中形成大π鍵的原子有5個，其中3個C原子、2個N原子，參與形成大π鍵的電子數(shù)為6，EMIM＋離子中的大π鍵應表示為Π�；�合物[EMIM][AlCl4]，由[EMIM]+、[AlCl4]-構(gòu)成，則晶體類型為離子晶體。答案為：Π；離子晶體；

(4)通過對Sc3＋、Cr3＋、Fe2＋、Zn2+四種離子的核外電子進行分析發(fā)現(xiàn)，得出Sc3＋、Zn2＋的電子排布式為1s22s22p63s23p6、1s22s22p63s23p63d10，3d軌道為全空和全滿，而另兩種離子，3d軌道都存在未成對電子，由此得出水合離子為無色的原因是3d軌道上沒有未成對電子(或3d軌道為全空或全滿狀態(tài))。答案為：3d軌道上沒有未成對電子(或3d軌道為全空或全滿狀態(tài))；

(5)①四個S2-構(gòu)成正四面體結(jié)構(gòu)，Zn2+體積很小，填入S2－組成的正四面體空隙中；答案為：正四面體；

②由①分析，我們不能得出S2－、Zn2+是否相切。

由晶胞結(jié)構(gòu)我們可以得出：晶胞中含S2-的個數(shù)為4，含Zn2+的個數(shù)為8×+6×=4，所以晶體的體積為=cm3，晶胞邊長為cm。

四個Zn2+在體內(nèi)四個小正四面體的中心，不在同一平面內(nèi)，過b點向上面作垂線，構(gòu)成三角形，兩邊分別為x、x，即可求出斜邊為x(x為晶胞邊長)，則a位置S2-離子與b位置Zn2+之間的距離為x，從而得出 a+r(Zn2+)=×1010pm，r(Zn2+)=(×1010-a)pm。答案為：否；×1010-a。