Question

3．1915年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予HenryBragg和LawrenceBragg，以表彰他們用X射線對(duì)晶體結(jié)構(gòu)的分析所作的貢獻(xiàn)．
（1）科學(xué)家通過X射線探明，NaCl、KCl、MgO、CaO晶體結(jié)構(gòu)相似，其中三種晶體的晶格能數(shù)據(jù)如表：

晶體	NaCl	KC1	CaO
晶格能/（kJ•mol-1）	786	715	3401

四種晶體NaCl、KCl、MgO、CaO熔點(diǎn)由高到低的順序是MgO＞CaO＞NaCl＞KCl，Na原子核外有4  種不同的能級(jí)．
（2）科學(xué)家通過X射線推測(cè)膽礬中既含有配位鍵，又含有氫鍵，其結(jié)構(gòu)示意圖可簡(jiǎn)單表示如圖，其中配位鍵和氫鍵均采用虛線表示．
①實(shí)驗(yàn)證明，用蒸汽密度法測(cè)得的H₂O的相對(duì)分子質(zhì)量比用化學(xué)式計(jì)算出來的相對(duì)分子質(zhì)量要大，原因是水分子間存在氫鍵，氫鍵會(huì)使水分子成為締合水分子，所以計(jì)算出來的相對(duì)分子質(zhì)量較大．
②SO₄^2-中S原子的雜化類型是sp³，與其互為等電子體的離子有ClO₄^-、PO₄^3-（任寫兩種）
③已知[Cu（ NH₃）₄]²⁺具有對(duì)稱的空間構(gòu)型，[Cu（ NH₃）₄]²⁺中的兩個(gè)NH₃被兩個(gè)Cl^-取代，能得到兩種不同結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物，用[Cu（NH₃）₄]²⁺的空間構(gòu)型為平面正方形
④寫出基態(tài)Cu²⁺的外圍電子排布式3d⁹；金屬鋼采用面心立方堆積方式，已知Cu原子的半徑為r pm，N_A表示阿伏加徳羅常數(shù)，金屬銅的密度是$\frac{4×64}{{N}_{A}（2\sqrt{2}r×1{0}^{-10}）^{3}}$  g/cm³（列出計(jì)算式）．

Answer 1

分析 （1）影響晶體晶格能大小的因素有離子半徑以及離子所帶電荷的多少，晶格能越大熔點(diǎn)越高；基態(tài)Na原子核電電子排布式為1s²2s²2p⁶3s¹；
（2）①因?yàn)樗�分子間存在氫鍵，氫鍵會(huì)使水分子成為締合水分子，使得體積變小，所以用蒸汽密度法測(cè)得的H₂O的相對(duì)分子質(zhì)量比理論計(jì)算出來的相對(duì)分質(zhì)量較大；
②根據(jù)S原子的價(jià)電子對(duì)數(shù)進(jìn)行判斷；具有相同原子數(shù)和價(jià)電子數(shù)的微�；シQ為等電子體；
③形成4個(gè)配位鍵，具有對(duì)稱的空間構(gòu)型，可能為平面正方形或正四面體，如為正四面體，[Cu（NH₃）₄]²⁺中的兩個(gè)NH₃被兩個(gè)Cl^-取代，只有一種結(jié)構(gòu)；
④銅為29號(hào)元素，根據(jù)原子核外電子排布規(guī)律書寫Cu²⁺外圍電子排布式，根據(jù)均攤法計(jì)算出晶胞中銅原子數(shù)，Cu原子的半徑為r pm，則晶胞的邊長(zhǎng)2$\sqrt{2}$r pm，晶胞的體積為（2$\sqrt{2}$r×10^-10）³cm³，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算密度．

解答 解：（1）離子半徑Mg²⁺＜Na⁺＜O^2-＜Ca²⁺＜Cl^-；離子電荷數(shù)Na⁺=Cl^-＜O^2-=Mg²⁺=Ca²⁺，離子晶體的離子半徑越小，帶電荷數(shù)越多，晶格能越大，則晶體的熔沸點(diǎn)越高，則有NaCl、KCl、MgO、CaO熔點(diǎn)由高到低的順序是MgO＞CaO＞NaCl＞KCl，根據(jù)基態(tài)Na原子的電子排布式可知Na原子核外有4個(gè)不同的能級(jí)；
故答案為：MgO＞CaO＞NaCl＞KCl；4；
（2）①因?yàn)樗�分子間存在氫鍵，氫鍵會(huì)使水分子成為締合水分子，使得體積變小，所以用蒸汽密度法測(cè)得的H₂O的相對(duì)分子質(zhì)量比理論計(jì)算出來的相對(duì)分質(zhì)量較大，
故答案為：水分子間存在氫鍵，氫鍵會(huì)使水分子成為締合水分子，所以計(jì)算出來的相對(duì)分子質(zhì)量較大；
②SO₄^2-中S的價(jià)電子對(duì)數(shù)=$\frac{6+2}{2}$=4，形成四條雜化軌道，S原子的雜化方式為sp³，具有相同原子數(shù)和價(jià)電子數(shù)的微�；シQ為等電子體，所以與SO₄^2-互為等電子體的微粒有ClO₄^-、PO₄^3-等；
故答案為：sp³；ClO₄^-、PO₄^3-等；
③形成4個(gè)配位鍵，具有對(duì)稱的空間構(gòu)型，可能為平面正方形或正四面體，如為正四面體，[Cu（NH₃）₄]²⁺中的兩個(gè)NH₃被兩個(gè)Cl^-取代，只有一種結(jié)構(gòu)，所以應(yīng)為平面正方形，
故答案為：平面正方形；
④銅為29號(hào)元素，其原子外圍電子排布式為3d¹⁰4s¹，則Cu²⁺外圍電子排布式為3d⁹；根據(jù)均攤法計(jì)算出晶胞中銅原子數(shù)為=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，Cu原子的半徑為r pm，則晶胞的邊長(zhǎng)為2$\sqrt{2}$r pm，晶胞的體積為（2$\sqrt{2}$r×10^-10）³cm³，所以銅的密度=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{4×64}{{N}_{A}}}{（2\sqrt{2}r×1{0}^{-10}）^{3}}$g/cm³=$\frac{4×64}{{N}_{A}（2\sqrt{2}r×1{0}^{-10}）^{3}}$g/cm³，
故答案為：3d⁹；$\frac{4×64}{{N}_{A}（2\sqrt{2}r×1{0}^{-10}）^{3}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查的內(nèi)容較雜，涉及到離子晶體的晶格能、金屬晶體結(jié)構(gòu)、配合物的結(jié)構(gòu)以及晶胞的計(jì)算等，難度不大，注重對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的考查．