Question

8．化學(xué)--選修3物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
   原子序數(shù)依次增大的四種元素A、B、C、D分別處于第一至第四周期，自然界中存在多種A的化合物，B原子核外電子有6種不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，B與C可形成正四面體形分子，D的基態(tài)原子的最外能層只有一個(gè)電子，其他能層均已充滿電子．
請(qǐng)回答下列問題：
（1）這四種元素中電負(fù)性最大的元素，其基態(tài)原子的價(jià)電子排布圖為．
（2）C所在主族的四種元素分別與A形成的化合物，沸點(diǎn)由高到低的順序是HF＞HI＞HBr＞HCl（填化學(xué)式），呈現(xiàn)如此遞變規(guī)律的原因是HF分子之間形成氫鍵，使其沸點(diǎn)較高，HCl、HBr、HI，分子間以分子間作用力結(jié)合，相對(duì)分子質(zhì)量越大，范德華力越大，沸點(diǎn)越高．
（3）B元素可形成多種單質(zhì)，一種晶體結(jié)構(gòu)如圖一所示，其原子的雜化類型為sp²，另一種的晶胞如圖二所示，該晶胞的空間利用率為34%（保留兩位有效數(shù)字）．（$\sqrt{3}$=1.732）
（4）D元素形成的單質(zhì)，其晶體的堆積模型為面心立方最密堆積，D的醋酸鹽晶體局部結(jié)構(gòu)如圖三，該晶體中含有的化學(xué)鍵是①②③（填選項(xiàng)序號(hào)）．
①極性鍵     ②非極性鍵     ③配位鍵     ④金屬鍵
（5）向D的硫酸鹽溶液中滴加過量氨水，觀察到的現(xiàn)象是首先形成藍(lán)色沉淀，繼續(xù)滴加氨水，沉淀溶解，得到深藍(lán)色的透明溶液．請(qǐng)寫出上述過程的離子方程式Cu²⁺+2NH₃•H₂O═Cu（OH）₂↓+2NH₄⁺、Cu（OH）₂+4NH₃•H₂O═[Cu（NH₃）₄]²⁺+2OH^-+4H₂O．

Answer 1

分析 原子序數(shù)依次增大的四種元素A、B、C、D分別處于第一至第四周期，自然界中存在多種A的化合物，則A為氫元素；B原子核外電子有6種不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即核外有6個(gè)電子，則B為碳元素；D的基態(tài)原子的最外能層只有一個(gè)電子，其他能層均已充滿電子，D原子外圍電子排布為3d¹⁰4s¹，則D為銅元素；結(jié)合原子序數(shù)可知，C只能處于第三周期，B與C可形成正四面體型分子，則C為氯元素．
（1）四種元素中電負(fù)性最大的是Cl，其基態(tài)原子的價(jià)電子排布為3s²3p⁵；
（2）HF分子間存在氫鍵，沸點(diǎn)最高，其它鹵化氫隨著相對(duì)分子質(zhì)量遞增，其沸點(diǎn)升高；
（3）圖一為平面結(jié)構(gòu)，在其層狀結(jié)構(gòu)中碳碳鍵鍵角為120°，每個(gè)碳原子都結(jié)合著3個(gè)碳原子，碳原子采取sp²雜化；
根據(jù)均攤法計(jì)算晶胞中C原子數(shù)目，令碳原子直徑為a，計(jì)算晶胞中C原子總體積，碳原子與周圍的4個(gè)原子形成正四面體結(jié)構(gòu)，中心碳原子與正四面體頂點(diǎn)原子相鄰，中心碳原子到底面距離為$\frac{a}{3}$，則正四面體的高為（a+$\frac{a}{3}$），設(shè)正四面體的棱長(zhǎng)為x，則斜面的高為$\frac{\sqrt{3}}{2}$x，底面中心到邊的距離為$\frac{\sqrt{3}}{2}$x×$\frac{1}{3}$，再根據(jù)勾股定理計(jì)算x與a的關(guān)系，晶胞棱長(zhǎng)=2x×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=$\sqrt{2}$x，再計(jì)算晶胞體積，晶胞空間利用率=$\frac{原子總體積}{晶胞體積}$×100%；
（4）晶體Cu為面心立方最密堆積，結(jié)合圖三醋酸銅晶體的局部結(jié)構(gòu)可確定其晶體中含有極性鍵、非極性鍵和配位鍵；
（5）硫酸銅溶液中加入氨水會(huì)產(chǎn)生氫氧化銅藍(lán)色沉淀，繼續(xù)滴加氨水，沉淀溶解，得到四氨合銅絡(luò)離子，溶液為深藍(lán)色的透明溶液．

解答 解：原子序數(shù)依次增大的四種元素A、B、C、D分別處于第一至第四周期，自然界中存在多種A的化合物，則A為氫元素；B原子核外電子有6種不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即核外有6個(gè)電子，則B為碳元素；D的基態(tài)原子的最外能層只有一個(gè)電子，其他能層均已充滿電子，D原子外圍電子排布為3d¹⁰4s¹，則D為銅元素；結(jié)合原子序數(shù)可知，C只能處于第三周期，B與C可形成正四面體型分子，則C為氯元素，
（1）四種元素中電負(fù)性最大的是Cl，其基態(tài)原子的價(jià)電子排布為3s²3p⁵，其基態(tài)原子的價(jià)電子排布圖為，
故答案為：；
（2）HF分子之間形成氫鍵，使其熔沸點(diǎn)較高，HI、HBr、HCl分子之間只有范德華力，相對(duì)分子質(zhì)量越大，范德華力越大，沸點(diǎn)越高，即沸點(diǎn)由高到低的順序是HF＞HI＞HBr＞HCl，
故答案為：HF＞HI＞HBr＞HCl；HF分子之間形成氫鍵，使其熔沸點(diǎn)較高，HI、HBr、HCl分子之間只有范德華力，相對(duì)分子質(zhì)量越大，范德華力越大，沸點(diǎn)越高；
（3）圖一為平面結(jié)構(gòu)，在其層狀結(jié)構(gòu)中碳碳鍵鍵角為120°，每個(gè)碳原子都結(jié)合著3個(gè)碳原子，碳原子采取sp²雜化；
一個(gè)晶胞中含碳原子數(shù)為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$+4=8，令碳原子直徑為a，晶胞中C原子總體積=8×$\frac{4}{3}$π（$\frac{a}{2}$）³，碳原子與周圍的4個(gè)原子形成正四面體結(jié)構(gòu)，中心碳原子與正四面體頂點(diǎn)原子相鄰，中心碳原子到底面距離為$\frac{a}{3}$，則正四面體的高為（a+$\frac{a}{3}$）=$\frac{4a}{3}$，設(shè)正四面體的棱長(zhǎng)為x，則斜面的高為$\frac{\sqrt{3}}{2}$x，底面中心到邊的距離為$\frac{\sqrt{3}}{2}$x×$\frac{1}{3}$，再根據(jù)勾股定理：（$\frac{4a}{3}$）²+（$\frac{\sqrt{3}}{2}$x×$\frac{1}{3}$）²=（$\frac{\sqrt{3}}{2}$x）²，整理得x=$\frac{2\sqrt{6}}{3}$a，故晶胞棱長(zhǎng)=$\frac{2\sqrt{6}}{3}$a×$\sqrt{2}$=$\frac{4\sqrt{3}}{3}$a，則晶胞體積為（$\frac{4\sqrt{3}}{3}$）³，晶胞空間利用率={[8×$\frac{4}{3}$π（$\frac{a}{2}$）³]÷（$\frac{4\sqrt{3}}{3}$）³}×100%≈34%，
故答案為：sp²；34%；
（4）晶體Cu為面心立方最密堆積，結(jié)合圖三醋酸銅晶體的局部結(jié)構(gòu)可確定其晶體中含有極性鍵、非極性鍵和配位鍵，
故答案為：面心立方最密堆積；①②③；
（5）硫酸銅溶液中加入氨水會(huì)產(chǎn)生藍(lán)色沉淀，繼續(xù)滴加氨水，沉淀溶解，得到深藍(lán)色的透明溶液，有關(guān)反應(yīng)的離子方程式為Cu²⁺+2NH₃•H₂O═Cu（OH）₂↓+2NH₄⁺、Cu（OH）₂+4NH₃•H₂O═[Cu（NH₃）₄]²⁺+2OH^-+4H₂O，故答案為：首先形成藍(lán)色沉淀，繼續(xù)滴加氨水，沉淀溶解，得到深藍(lán)色的透明溶液；Cu²⁺+2NH₃•H₂O═Cu（OH）₂↓+2NH₄⁺、Cu（OH）₂+4NH₃•H₂O═[Cu（NH₃）₄]²⁺+2OH^-+4H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的考查，題目綜合性較大，涉及元素推斷、核外電子排布、晶體結(jié)構(gòu)與化學(xué)鍵、雜化軌道、配合物、晶胞計(jì)算等，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，（3）中計(jì)算為易錯(cuò)點(diǎn)、難度，需要學(xué)生具備一定的空間想象與數(shù)學(xué)計(jì)算能力，難度中等．