Question

4．文藝復興時期，群青顏料曾用在許多著名的油畫上，當時群青顏料是由貴重的青金石研磨并制成的．青金石是指堿性鋁硅酸鹽礦物，其中含鈉、鋁、硅、硫、氯、氧等元素．
（1）硅元素基態(tài)原子的價電子軌道表示式為．
（2）第四周期中，與鋁未成對電子數(shù)相同的金屬元素有4種．
（3）Na+和Ne互為等電子體，電離能I₂（Na）＞ I₁（Ne）（填“＞”或“＜”）．
（4）①已知氯有多種含氧酸，其電離平衡常數(shù)如下：

化學式	HClO4	HClO3	HClO2	HClO
Ka	1×1010	1×101	1×10-2	4×10-8

HClO₄的結(jié)構(gòu)簡式為，HClO₃中Cl原子的雜化軌道類型為sp³，HClO₂中含有的共價鍵類型為σ鍵和π鍵．以上幾種含氧酸的酸性強弱不同，其原因為幾種含氧酸的酸性強弱不同，其原因為．
②氫鹵酸（HX）的電離過程如圖．△H₁和△H₂的遞變規(guī)律都是HF＞HCl＞HBr＞HI，其中△H₁（HF）特別大的原因為HF分子與水分子間存在氫鍵，電離時需要更多能量，影響△H₂遞變的因素為鍵能．
（5）鋁單質(zhì)為面心立方晶體，晶胞參數(shù)a=q nm，鋁的摩爾質(zhì)量為Mg•mol^-1，原子半徑為r pm，阿伏伽德羅常數(shù)的值為N_A．則鋁單質(zhì)的密度為$\frac{4M}{{N}_{A}×{q}^{3}×1{0}^{-21}}$  g•cm^-3（列式即可，下同），鋁晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為$\frac{4×\frac{4}{3}π{r}^{3}}{{q}^{3}×1{0}^{9}}$．

Answer 1

分析 （1）硅原子最外層4個電子，分別位于s和p亞層上，據(jù)此寫出價電子軌道表示式；
（2）據(jù)元素原子核外電子排布分析；
（3）據(jù)鈉的正電性較強對核外電子的吸引力比氖更強，要想失去電子需要更多的能量，據(jù)此進行分析；
（4）①HClO₄的分子中H是與O原子結(jié)合，各原子均達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，其中Cl為+7價，O為-2價．結(jié)構(gòu)式為；HClO₃中Cl原子的孤對電子數(shù)為$\frac{7-2+1}{2}$=3，形成3個σ鍵，雜化軌道類型為sp³；據(jù)氯的含氧酸中非羥基氧原子數(shù)目越多，中心氯原子價態(tài)越高，正電性越高，導致Cl-O-H中的電子數(shù)更向Cl偏移，越易電離出H⁺，進行分析；
②據(jù)HF分子與水分子間存在氫鍵，電離時需要更多能量此分析；據(jù)鍵能大小關(guān)系為：HF＞HCl＞HBr＞HI，來分析；
（5）面心立方晶體中原子分布在8個頂點和6個面心，用均攤法計算一個晶胞中Al原子數(shù)為4，一個晶胞質(zhì)量為$\frac{4M}{{N}_{A}}$g，勁爆的體積為q³×10^-21cm³，故鋁單質(zhì)的密度為$\frac{\frac{4M}{{N}_{A}}}{{q}^{3}×1{0}^{-21}}$g•cm^-3=$\frac{4M}{{N}_{A}×{q}^{3}×1{0}^{-21}}$g•cm^-3；
鋁晶胞中原子的體積為4×$\frac{4}{3}π{r}^{3}p{m}^{3}$，晶胞的體積為q³×10⁹pm³，故鋁晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為$\frac{4×\frac{4}{3}π{r}^{3}}{{q}^{3}×1{0}^{9}}$，據(jù)此進行分析．

解答 解：（1）硅原子14號元素，有三個電子層，最外層4個電子，分別位于s和p亞層上，每個s軌道有兩個自旋方向相反的電子，p亞層有兩個電子，自旋方向相同，故價電子軌道表示式為，

故答案為：；
（2）鋁原子核外電子排排布為[Ne]3s²3p¹，未成對電子數(shù)為1，在第四周期中，與鋁未成對電子數(shù)相同的金屬元素有K[Ar]4s¹，Cu[Ar]3d¹⁰4s¹，Ga[Ar]3d¹⁰4s²4p¹，Sc[Ar]3d¹s²未成對電子數(shù)都為1，故有4種金屬元素，
故答案為：4；
（3）據(jù)鈉的正電性較強對核外電子的吸引力比氖更強，要想失去電子需要更多的能量，因此鈉的第二電離能比氖的更高，
故答案為：＞；
（4）①HClO₄的分子中H是與O原子結(jié)合，各原子均達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，其中Cl為+7價，O為-2價，結(jié)構(gòu)式為；HClO₃中Cl原子的孤對電子數(shù)為$\frac{7-2+1}{2}$=3，形成3個σ鍵雜化軌道類型為sp³；幾種含氧酸的酸性強弱不同，其原因為氯的含氧酸中非羥基氧原子數(shù)目越多，中心氯原子價態(tài)越高，正電性越高，導致Cl-O-H中的電子數(shù)更向Cl偏移，越易電離出H⁺，
故答案為：；sp³；σ鍵和π鍵；氯的含氧酸中非羥基氧原子數(shù)目越多，中心氯原子價態(tài)越高，正電性越高，導致Cl-O-H中的電子數(shù)更向Cl偏移，越易電離出H⁺；

②HF分子與水分子間存在氫鍵，電離時需要更多能量；鍵能大小關(guān)系為：HF＞HCl＞HBr＞HI，說明影響△H2遞變的因素為鍵能，
故答案為：HF分子與水分子間存在氫鍵；鍵能；
（5）面心立方晶體中原子分布在8個頂點和6個面心，用均攤法計算一個晶胞中Al原子數(shù)為4，一個晶胞質(zhì)量為$\frac{4M}{{N}_{A}}$g，晶胞的體積為q³×10^-21cm³，故鋁單質(zhì)的密度為$\frac{\frac{4M}{{N}_{A}}}{{q}^{3}×1{0}^{-21}}$g•cm^-3=$\frac{4M}{{N}_{A}×{q}^{3}×1{0}^{-21}}$g•cm^-3；
鋁晶胞中原子的體積為4×$\frac{4}{3}π{r}^{3}p{m}^{3}$，晶胞的體積為q³×10⁹pm³，故鋁晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為$\frac{4×\frac{4}{3}π{r}^{3}}{{q}^{3}×1{0}^{9}}$，
故答案為：$\frac{4M}{{N}_{A}×{q}^{3}×1{0}^{-21}}$；$\frac{4×\frac{4}{3}π{r}^{3}}{{q}^{3}×1{0}^{9}}$

點評 本題考查價電子軌道表示式、電離能等，側(cè)重考查學生對知識的理解與遷移應用，注意雜化理論的熟練應用，為高頻考點，題目難度不大．