Question

碳有多種同素異形體，常見(jiàn)的有金剛石，石墨，和C₆₀（足球烯）分子，根據(jù)報(bào)道科研人員應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬出結(jié)構(gòu)類(lèi)似C₆₀的物質(zhì)N₆₀分子和Si₆₀分子，
（1）C、N、Si 的第一電離能 從大到小順序

 

（2）已知N₆₀分子中每個(gè)氮原子均以N-N鍵結(jié)合三個(gè)N原子而形成8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，則N原子的雜化方式是

 

．理論上C₆₀ 的穩(wěn)定性

 

（填大于，或小于） Si₆₀，
（3）CH₄、NH₃、SiH₄ 的熔沸點(diǎn)由低到高的順序是

 

，原因是

 

（4）碳和氧元素形成原子個(gè)數(shù)比為1：3的常見(jiàn)微粒，推測(cè)這種微粒的空間構(gòu)型為

 

．寫(xiě)出該微粒的一種等電子體（分子）

 

（5）+1價(jià)氣態(tài)基態(tài)陽(yáng)離子再失去一個(gè)電子形成+2價(jià)氣態(tài)基態(tài)陽(yáng)離子所需要的能量稱(chēng)為第二電離能I₂，依次還有I₃、I₄、I₅…，推測(cè)N元素的 電 離 能 突 增 應(yīng) 出 現(xiàn) 在 第

 

電離能．
（6）某種金屬元素核外電子有29種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，共有

 

種不同形狀的原子軌道，該元素的正一價(jià)離子的外圍電子排布式為

 

，該金屬的晶胞如圖所示，金屬原子的配位數(shù)為

 

，已知金屬原子半徑為a pm，晶胞的密度為dg/cm³，則阿伏加德羅常數(shù)的表達(dá)式為

 

 （用含a、d的式子表示）

Answer 1

考點(diǎn)：晶胞的計(jì)算,元素電離能、電負(fù)性的含義及應(yīng)用,判斷簡(jiǎn)單分子或離子的構(gòu)型,原子軌道雜化方式及雜化類(lèi)型判斷

專(zhuān)題：化學(xué)鍵與晶體結(jié)構(gòu)

分析：（1）同一周期從左到右，元素的第一電離呈增大，但第VA族元素的第一電離能大于相鄰元素；同一主族從上到下，元素的第一電離逐漸減�。�
（2）N₆₀分子中中心N原子含σ鍵電子對(duì)數(shù)為3對(duì)，所以N原子的電子對(duì)數(shù)=3+

5-1×3

2

=4；
結(jié)構(gòu)相似的分子，分子內(nèi)形成共價(jià)鍵的原子半徑越小，鍵能越大，分子越穩(wěn)定；
（3）結(jié)構(gòu)相似，摩爾質(zhì)量越大的物質(zhì)熔沸點(diǎn)越高，若分子間存在氫鍵，能增大分子間作用力，使熔沸點(diǎn)升高；
（4）C和C形成原子個(gè)數(shù)比為1：3的常見(jiàn)離子為CO₃^2-，計(jì)算C原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)與孤電子對(duì)，確定其空間構(gòu)型；
（5）相同能層電子能量相差不大，不能能層電子能量相差較大，故失去不同能層電子時(shí)電離能會(huì)發(fā)生突躍；
（6））原子核外有多少個(gè)電子就具有多少種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，某種金屬元素核外電子有29種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，則該元素為29號(hào)元素Cu．

解答： 解：（1）同一主族從上到下，元素的第一電離逐漸減小，所以第一電離能大�。篘＞P，同一周期元素中，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而呈增大，故第一電離能大小：S＞Si，但由于第VA族元素np³，處于半充滿狀態(tài)，第一電離能大于相鄰元素，故第一電離能大小：P＞S，綜上第一電離能大�。篘＞S＞Si；
故答案為：N＞S＞Si；
（2）N₆₀分子中中心N原子含σ鍵電子對(duì)數(shù)為3對(duì)，所以N原子的電子對(duì)數(shù)=3+

5-1×3

2

=4，所以N原子的雜化方式是SP³；
結(jié)構(gòu)相似的分子，分子內(nèi)形成共價(jià)鍵的原子半徑越小，鍵能越大，分子越穩(wěn)定，C原子半徑小于Si原子半徑，C-C鍵鍵能大于Si-Si鍵鍵能，所以C₆₀ 的穩(wěn)定性大于 Si₆₀；
故答案為：SP³；大于；
（3）結(jié)構(gòu)相似，摩爾質(zhì)量越大的物質(zhì)熔沸點(diǎn)越高，故熔沸點(diǎn)CH₄＜SiH₄；若分子間存在氫鍵，能增大分子間作用力，使熔沸點(diǎn)升高，故NH₃熔沸點(diǎn)最高；
故答案為：CH₄＜SiH₄＜NH₃；NH₃分子間有氫鍵熔沸點(diǎn)最高，CH₄、SiH₄ 分子間只有范德華力，相對(duì)分子質(zhì)量CH₄＜SiH₄ 范德華力CH₄＜SiH₄；
（4）C和O形成原子個(gè)數(shù)比為1：3的常見(jiàn)離子為CO₃^2-，離子中C原子電子對(duì)數(shù)=3+

4+2-2×3

2

=3，故這種微粒的空間構(gòu)型為平面三角形；
與CO₃^2-互為等電子體的分子有SO₃或BCl₃ 或BF₃；
故答案為：平面三角形；SO₃或BCl₃ 或BF₃；
（5）相同能層電子能量相差不大，不能能層電子能量相差較大，故失去不同能層電子時(shí)電離能會(huì)發(fā)生突躍，N元素共有兩個(gè)能層，第二能層有5個(gè)電子，所以N元素的電離能突增 應(yīng)出現(xiàn)在第失第六個(gè)電子時(shí)，即第六電離能有突變；
故答案為：六；
（6）原子核外有多少個(gè)電子就具有多少種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，某種金屬元素核外電子有29種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，則該元素為29號(hào)元素Cu，其基態(tài)原子核外電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，可以看出銅原子的基態(tài)原子軌道是s、p、d，所以有3種形狀不同的原子軌道；其正一價(jià)離子的外圍電子排布式為3d¹⁰；根據(jù)Cu晶胞可知金屬原子的配位數(shù)=3×8×

1

2

=12；
每個(gè)晶胞中含有的原子數(shù)=8×

1

8

+6×

1

2

=4，則每個(gè)晶胞的質(zhì)量m=64g/mol×

4

NA

=

256g/mol

NA

，每個(gè)晶胞的體積V=（a×4×10^-10）³cm³，則Cu密度d=

m

V

=

256g/mol NA

(a×4×10-10)3cm3

，故N_A=

4×1030

da3

mol^-1．
故答案為：3； 3d¹⁰；12； 

4×1030

da3

mol^-1．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了晶胞的計(jì)算、核外電子排布、原子軌道雜化方式等內(nèi)容，綜合性較強(qiáng)，難度較大，注意利用均攤法解答晶胞的計(jì)算．