Question

2．釩（₂₃V）是我國的豐產(chǎn)元素，廣泛用于催化及鋼鐵工業(yè)．
回答下列問題：
（1）釩在元素周期表中的位置為第4周期ⅤB族，其價層電子排布圖為．
（2）釩的某種氧化物的晶胞結構如圖1所示．晶胞中實際擁有的陰、陽離子個數(shù)分別為4、2．
（3）V₂O₅常用作SO₂轉化為SO₃的催化劑．SO₂分子中S原子價層電子對數(shù)是3對，分子的立體構型為V形；SO₃氣態(tài)為單分子，該分子中S原子的雜化軌道類型為sp²；SO₃的三聚體環(huán)狀結構如圖2所示，該結構中S原子的雜化軌道類型為sp³；該結構中S-O鍵長有兩類，一類鍵長約140pm，另一類鍵長約160pm，較短的鍵為a（填圖2中字母），該分子中含有12個σ鍵．

（4）V₂O₅溶解在NaOH溶液中，可得到釩酸鈉（Na₃VO₄），該鹽陰離子的立體構型為正四面體；也可以得到偏釩酸鈉，其陰離子呈如圖3所示的無限鏈狀結構，則偏釩酸鈉的化學式為NaVO₃．

Answer 1

分析 （1）由題意知，釩的核電荷數(shù)為23，則可以推知釩在元素周期表中的位置為第4周期ⅤB族，根據(jù)核外電子的軌道能量排布順序知，1s＜2s＜2p＜3s＜3p＜4s＜3d＜4p，因此推斷其電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s²，注意由于4s軌道能量比3d軌道能量低，因此先排4s軌道，因此其價層電子排布式為3d³4s²，以此書寫電子排布圖；
（2）由晶胞可知，V位于頂點和體心，O有4個位于面心，2個位于體心；
（3）SO₂分子中S原子形成2個σ鍵，孤電子對數(shù)為$\frac{6-2×2}{2}$=1，SO₃氣態(tài)為單分子，該分子中S原子形成3個σ鍵，沒有孤對電子，SO₃的三聚體中S原子形成4個σ鍵，以此判斷空間構型和雜化類型；SO₃的三聚體中每個S形成，存在S=O鍵和S-O鍵，S=O鍵長較短；
（4）VO₄^3-中，V形成4個σ鍵，孤電子對數(shù)為$\frac{5+3-4×2}{2}$=0，為正四面體結構，由鏈狀結構可知每個V與3個O形成陰離子，且V的化合價為+5價，以此判斷形成的化合物的化學式．

解答 解：（1）由題意知，釩的核電荷數(shù)為23，則可以推知釩在元素周期表中的位置為第4周期ⅤB族，根據(jù)核外電子的軌道能量排布順序知，1s＜2s＜2p＜3s＜3p＜4s＜3d＜4p，因此推斷其電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s²，注意由于4s軌道能量比3d軌道能量低，因此先排4s軌道，因此其價層電子排布式為3d³4s²，則電子排布圖為，
故答案為：第4周期ⅤB族；；
（2）由晶胞可知，V位于頂點和體心，陽離子個數(shù)為1+8×$\frac{1}{8}$=2，O有4個位于面心，2個位于體心，則陰離子個數(shù)為4×$\frac{1}{2}$+2=4，
故答案為：4；2；
（3）SO₂分子中S原子形成2個σ鍵，孤電子對數(shù)為$\frac{6-2×2}{2}$=1，SO₂分子中S原子價層電子對數(shù)是3，為V形結構，
SO₃氣態(tài)為單分子，該分子中S原子形成3個σ鍵，沒有孤對電子，則為sp²雜化，
SO₃的三聚體中S原子形成4個σ鍵，為sp³雜化；SO₃的三聚體中每個S形成，存在S=O鍵和S-O鍵，S=O鍵長較短，即a較短，該分子中含有σ鍵數(shù)目為3×4=12，
故答案為：3；V形；sp²；sp³；a；12；
（4）VO₄^3-中，V形成4個σ鍵，孤電子對數(shù)為$\frac{5+3-4×2}{2}$=0，為正四面體結構，由鏈狀結構可知每個V與3個O形成陰離子，且V的化合價為+5價，則形成的化合物化學式為NaVO₃，故答案為：正四面體；NaVO₃．

點評 本題為2015年海南選做題，綜合考查物質的結構和性質，側重于學生的分析能力的考查，注意把握雜化類型以及價層電子數(shù)的判斷，難度中等．