Question

4．新材料的出現改變了人們的生活，對新材料的研究越來越重要．
（1）硫化鋅在熒光體、光導體材料、涂料、顏料等行業(yè)中應用廣泛．其晶胞結構如圖1所示，a位置是S^2-、b位置Zn²⁺則此晶胞中含有4個S^2-，Zn²⁺的配位數為4．
（2）最近發(fā)現一種鈦原子和碳原子構成的氣態(tài)團簇分子，如圖2所示，項角和面心的原子是鈦原子，棱的中心和體心的原子是碳原子，它的化學式為Ti₁₄C₁₃．

（3）由甲烷分子，在一定條件下可以得到“碳正離子”CH₃⁺，和“碳負離子”CH₃^-，CH₃⁺中C-H鍵鍵角是120°；CH₃^-的空間構型是三角錐形．
（4）某金屬材料的結構如圖3-I所示，屬于面心立方的結構，晶胞結構如圖3-Ⅱ所示．
若晶胞的邊長為a pm，金屬的密度為ρ g/cm³，金屬的摩爾質量為M g/mol，則阿伏加德羅常數N_A=$\frac{4M×1{0}^{30}}{ρ{a}^{3}}$mol^-1．

Answer 1

分析 （1）根據硫化鋅的晶胞圖可知，根據均攤法計算出晶胞中含有硫離子數，每個硫離子周圍距離最近的鋅離子有4個，而每個鋅離子周圍距離最近的硫離也是4個，據此答題；
（2）氣態(tài)團簇分子中原子不用均攤法計算，而是直接數各原子個數，進而確定化學式；
（3）碳正離子CH₃⁺中碳原子的價層電子對數為$\frac{4+3-1}{2}$=3，碳負離子CH₃^-中碳原子的價層電子對數為$\frac{4+3+1}{2}$=4，有一對孤電子對，據此判斷鍵角和空間構型；
（4）晶胞的邊長為a pm，則晶胞的體積為（a×10^-10）³cm³，根據晶胞的結構可知，晶胞中含有原子數為$8×\frac{1}{8}+6×\frac{1}{2}$=4，根據$ρ=\frac{\frac{4M}{{N}_{A}}}{V}$可計算出N_A．

解答 解：（1）根據硫化鋅的晶胞圖可知，晶胞中含有硫離子數為$8×\frac{1}{8}+6×\frac{1}{2}$=4，每個鋅離子周圍距離最近的硫離是4個，
故答案為：4；4；
（2）根據晶胞結構可知，晶胞中含有鈦原子為14，碳原子數為13，所以化學式為Ti₁₄C₁₃，
故答案為：Ti₁₄C₁₃；
（3）碳正離子CH₃⁺中碳原子的價層電子對數為$\frac{4+3-1}{2}$=3，所以CH₃⁺中C-H鍵鍵角是120°，碳負離子CH₃^-中碳原子的價層電子對數為$\frac{4+3+1}{2}$=4，有一對孤電子對，所以CH₃^-的空間構型是三角錐形，
故答案為：120°；三角錐形；
（4）晶胞的邊長為a pm，則晶胞的體積為（a×10^-10）³cm³，根據晶胞的結構可知，晶胞中含有原子數為$8×\frac{1}{8}+6×\frac{1}{2}$=4，根據$ρ=\frac{\frac{4M}{{N}_{A}}}{V}$可知，N_A=$\frac{4M}{ρV}$=$\frac{4M}{ρ（a×10{\;}^{-10}）^{3}}$mol^-1=$\frac{4M×1{0}^{30}}{ρ{a}^{3}}$mol^-1，
故答案為：$\frac{4M×1{0}^{30}}{ρ{a}^{3}}$．

點評 本題考查了較綜合，涉及粒子空間構型判斷、均攤法的運用、鍵角的判斷、晶胞計算等知識，需要學生具備一定的空間想象與數學計算能力，難度中等，答題時注意根據價層電子對互斥理論、元素周期律等知識點來分析解答．