Question

A、B、C是原子序數(shù)依次遞增的短周期元素，A元素原子的電子總數(shù)等于其基態(tài)電子層數(shù)，B元素原子的價(jià)電子結(jié)構(gòu)為nsⁿnpⁿ，C元素的第一電離能在同族元素中最大，并且高于同周期左右相鄰的元素，但其單質(zhì)的熔點(diǎn)卻低于同周期左右相鄰元素的單質(zhì)，D的價(jià)電子結(jié)構(gòu)為3d⁶4s²。請(qǐng)回答：

（1）D元素較穩(wěn)定的化合價(jià)是          。

（2）C與A形成的最簡單分子是        分子（填：“極性”或“非極性”），該分子再與A^＋元素結(jié)合成離子時(shí)，ACA鍵的鍵角發(fā)生改變，其原因是                                             

（3）在烴中，若要求所有的原子都有可能在同一個(gè)平面中，則對(duì)碳原子成鍵軌道的要求是：         

（4）在金剛石晶體的一個(gè)晶胞（如圖1）中，含有        個(gè)碳原子。在二氧化硅晶體的一個(gè)晶胞中，含有      個(gè)化學(xué)鍵。原子晶體能否形成最密堆積結(jié)構(gòu)，原因是                              

（5）鐵晶體的晶胞結(jié)構(gòu)（如圖2）：若鐵原子的半徑是r cm，則鐵的密度是          。

Answer 1

（1）＋3；（2）極性，NH₃中有一對(duì)孤對(duì)電子，它對(duì)成鍵電子的排斥作用強(qiáng)于成鍵電子之間的排斥作用，當(dāng)孤對(duì)電子與H^＋結(jié)合形成配位鍵形成NH₄^＋后，孤對(duì)電子成為成鍵電子，四個(gè)鍵等同，斥力也等同。所以HNH鍵的鍵角就由107°轉(zhuǎn)變?yōu)?09°28’。

（3）不能有sp³雜化軌道（或只能有sp和sp²雜化軌道）

（4）18  32  原子晶體是原子之間是以共價(jià)鍵結(jié)合的，共價(jià)鍵有飽和性和方向性，一個(gè)原子不能形成12條共價(jià)鍵，所以原子晶體就不能形成配位數(shù)是12的最密堆積結(jié)構(gòu)。

（5） g/cm³

解析:

“電子總數(shù)等于其基態(tài)電子層數(shù)”只有一種情況，就是氫原子。因?yàn)闅湓�子在激發(fā)態(tài)時(shí)電子處于2s軌道，電子排布式為：2s¹，所以，用“基態(tài)”更科學(xué)一些�！皀sⁿnpⁿ”看起來好象都是未知數(shù)，但最大容量原理、構(gòu)造原理告訴我們，s軌道最多只能容納2個(gè)電子，因?yàn)閜軌道有電子，所以s軌道全充滿，n——2�！癈的第一電離能高于周周期左右相鄰的元素”，這說明它是半充滿結(jié)構(gòu)（不是全充滿），在短周期中有四種情況：Be、N、Mg、P，“其單質(zhì)的熔點(diǎn)卻低于同周期左右相鄰元素的單質(zhì)”，這一情況只有說明可能是Be、N或P。因?yàn)镸g與鋁都是金屬晶體，鋁離子的半徑小但電荷高，金屬鍵強(qiáng)度高于鎂，所以。鋁熔點(diǎn)高于鎂。而N₂晶體屬于分子晶體，熔點(diǎn)明顯低于屬于原子晶體的金剛石，也低于相對(duì)分子質(zhì)量高于它的O₂；P和Be的熔點(diǎn)不清楚，也不清楚相鄰元素B和S的晶體類型和熔點(diǎn)，所以無法判斷。但“C元素的第一電離能在同族元素中最大”告訴我們C元素是第二周期的元素――氮。

（1）3d⁶4s²轉(zhuǎn)化為更穩(wěn)定的半充滿結(jié)構(gòu)3d⁵，失3個(gè)電子，所以＋3價(jià)穩(wěn)定。D就是鐵，符合鐵的性質(zhì)。

（2）NH₃ 是三角錐形，所以是極性分子；NH₃中有一對(duì)孤對(duì)電子，它對(duì)成鍵電子的排斥作用強(qiáng)于成鍵電子之間的排斥作用，所以，雖然在NH₃ 中N原子是sp³雜化，但HNH鍵的鍵角為107°，小于109°28’，但NH₃ 中的孤對(duì)電子與有空軌道的H^＋通過配位鍵結(jié)合形成后，由于NH₄^＋中沒有了孤對(duì)電子，四條鍵完全等同，所以排斥作用等同，鍵角恢復(fù)到109°28’。

（3）由于在已知的碳原子的價(jià)電子為2s²2p²，所以碳的雜化方式只能是s軌道和p軌道雜化。其中sp和sp²雜化分別是直線型和平面型的，符合試題要求，但sp³軌道呈正四面體型，所以，當(dāng)所有原子在一個(gè)平面中時(shí)，碳原子就不能呈sp³雜化，不能有sp³雜化軌道。 

（4）金剛石的晶體結(jié)構(gòu)在考試說明中明確要求。應(yīng)該背過。在金剛石晶體的一個(gè)晶胞中共有18個(gè)原子。 其中八個(gè)頂點(diǎn)上各有一個(gè)，共8個(gè)；六個(gè)面上各有一個(gè)，共6個(gè)；晶胞中有4個(gè)。這樣，每個(gè)晶胞中含有原子數(shù)為：

8×＋6×＋4——8個(gè)。

硅晶體與金剛石晶體晶體結(jié)構(gòu)相同，SiO₂晶體可看成是在硅晶體的Si－Si鍵之間插上了一個(gè)O原子。關(guān)于SiO₂晶體結(jié)構(gòu)也是考試說明中明確規(guī)定必須記住的。

在SiO₂晶體中，從化學(xué)式可以看出，氧原子數(shù)目是硅原子數(shù)目的2倍，所以，在一個(gè)晶胞中，含有氧原子數(shù)——8×2——16。共有原子：8×3——24個(gè)。

在SiO₂晶體中，每個(gè)硅原子形成4條鍵，但只占每條鍵的；每個(gè)氧原子形成2條鍵，但只占每條鍵的。所以在一個(gè)SiO₂晶胞中所含的化學(xué)鍵數(shù)目：8×4×＋16×2×——16＋16——32。這是正規(guī)的解法，不按照結(jié)構(gòu)原理來分析和解決問題的方法，是正解。正解的依據(jù)就是計(jì)算晶胞中原子數(shù)目的均攤法。均攤原理是晶體分析的一個(gè)重要方法，希望分析問題能從均攤原理著手。

也可以從SiO₂晶體的平面圖看：，每個(gè)硅原子能形成4條鍵（從圖上看，氧原子就沒有鍵了），共形成8×4——32條鍵。但這種解法總是因物質(zhì)的結(jié)構(gòu)而異，建議用正解。

原子晶體不能形成最密堆積結(jié)構(gòu)。因?yàn)樽蠲芏逊e結(jié)構(gòu)要求達(dá)到配位數(shù)是12。而原子晶體是原子之間是以共價(jià)鍵結(jié)合的，共價(jià)鍵有飽和性和方向性，一個(gè)原子不能形成12條共價(jià)鍵，所以原子晶體就不能形成配位數(shù)是12的最密堆積結(jié)構(gòu)。實(shí)際上不僅是原子晶體，凡是結(jié)合力具有方向性和飽和性的，都不能形成最密堆積結(jié)構(gòu)。如冰，水分子之間經(jīng)氫鍵結(jié)合，所以，冰的密度比水大；而干冰，則是以分子間作用力結(jié)合，就是最密堆積結(jié)構(gòu)；O₂的晶體也是最密堆積結(jié)構(gòu)。

（5）鐵晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖。要注意的是它是體心立方。體心立方結(jié)構(gòu)的

 

特點(diǎn)是：8個(gè)在頂點(diǎn)上的原子都不相互接觸，但都與位于正立方體中心的原子接

觸，從幾何圖形上說就是相切。因此當(dāng)晶胞左上方的兩個(gè)原子（①②）為一上邊，

以右下方的兩個(gè)原子（③④）為下邊，切過中心原子（⑤）可得一傾斜的平面，

平面圖為：，如果畫一個(gè)立方體圖就是，對(duì)角上的兩個(gè)原子核間的距離是原子半徑的4倍。根據(jù)勾股定理可以推算出，對(duì)正立方立方體對(duì)角線

 

的長度是邊長的倍。六個(gè)面上的對(duì)角線的長度是邊長的倍。

由此可得，鐵晶胞的對(duì)角線a——4r，邊長a ——r，

鐵晶胞的體積——（r）³——r³cm³。

在一個(gè)鐵晶胞中，有兩個(gè)鐵原子，其質(zhì)量為：g，

所以，鐵晶體的密度——g／r³cm³—— g/cm³。

在這里要說的是，晶體密度的計(jì)算一般只要求到簡單立方、面心立方（銅型）和體心立方（鉀型）。

容易出的錯(cuò)誤是學(xué)生往往把體心立方當(dāng)成面心立方來計(jì)算。把圖當(dāng)成是六個(gè)面中一個(gè)面的情況，這一點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致全盤皆輸。

空間利用率一般不要求計(jì)算，只要求記住就行了。空間利用率與晶體中原子的種類無關(guān)，任何晶體，只要晶型相同，無論粒子種類如何，空間利用率都是相同的，結(jié)果就是52％、68％、74％。