Question

10．早期發現的一種天然二十面體準晶顆粒由Al、Cu、Fe三種金屬元素組成．回答下列問題：
（1）準晶是一種無平移周期序，但有嚴格準周期位置序的獨特晶體，可通過X-射線衍射方法區分晶體、準晶體和非晶體．
（2）基態Fe原子核外處在能量最高的能級上的電子共有6種不同的運動狀態；Fe²⁺的價電子排布式為3d⁶，可用K₃[Fe（CN）₆]來檢驗Fe²⁺，形成的配合物的顏色為特征藍色，其中[Fe（CN）₆]^3-配離子中的配原子是C．
（3）新制備的Cu（OH）₂可將乙醛（CH₃CHO）氧化成乙酸，而自身還原成Cu₂O．乙醛中碳原子的雜化軌道類型為sp³、sp²，1mol乙醛分子中含有的σ鍵的數目為6N_A．乙酸的沸點明顯高于乙醛，其主要原因是CH₃COOH存在分子間氫鍵．Cu₂O為半導體材料，在其立方晶胞內部有4個氧原子，其余氧原子位于面心和頂點，則該晶胞中有16個銅原子．
（4）Al單質為面心立方晶體，其晶胞參數a=0.405nm，晶胞中鋁原子的配位數為12．列式表示Al單質的密度$\frac{4×27}{6.022×1023×（0.405×10-7）3}$g•cm^-3（不必計算出結果）．

Answer 1

分析 （1）晶體對X射線發生衍射，非晶體不發生衍射，準晶體介于二者之間；
（2）根據Fe原子的核外電子排布式確定未成對電子數，失去電子變為亞鐵離子時，失去4s上的電子后形成，亞鐵離子遇到K₃[Fe（CN）₆]變化為特征藍色，其中[Fe（CN）₆]^3-配離子中的配原子為碳原子；
（3）乙醛中甲基上的C采取sp³雜化類型，醛基中的C采取sp²雜化類型；1個乙醛分子含有6個σ鍵和一個π鍵；乙酸分子間可形成氫鍵導致沸點較高；根據O數目和Cu₂O中Cu和O的比例計算晶胞中Cu原子的數目；
（4）在Al晶體的一個晶胞中與它距離相等且最近的Al原子在通過這個頂點的三個面心上，面心占$\frac{1}{2}$，通過一個頂點可形成8個晶胞．

解答 解：（1）從外觀無法區分三者，但用X光照射揮發現：晶體對X射線發生衍射，非晶體不發生衍射，準晶體介于二者之間，因此通過有無衍射現象即可確定，
故答案為：X射線衍射；
（2）26號元素Fe基態原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，基態Fe原子核外處在能量最高的能級為3d，排布了6個電子，有6種不同的運動狀態，可知在3d上存在4個未成對電子，失去電子變為亞鐵離子時，失去4s上的2個電子后形成，因此Fe²⁺的價電子排布式為3d⁶，可用K₃[Fe（CN）₆]來檢驗Fe²⁺，形成的配合物的顏色為特征藍色，其中[Fe（CN）₆]^3-配離子中的配原子為碳原子，
故答案為：6；3d⁶；特征藍色；C；
（3）乙醛中甲基上的C形成4條σ鍵，無孤電子對，因此采取sp³雜化類型，醛基中的C形成3條σ鍵和1條π鍵，無孤電子對，采取sp²雜化類型；1個乙醛分子含有6個σ鍵和一個π鍵，則1mol乙醛含有6molσ鍵，即6N_A個σ鍵；乙酸分子間可形成氫鍵，乙醛不能形成氫鍵，所以乙酸的沸點高于乙醛；該晶胞中O原子數為4×1+6×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{8}$=8，由Cu₂O中Cu和O的比例可知該晶胞中銅原子數為O原子數的2倍，即為16個；
故答案為：sp³、sp²；6N_A；乙酸存在分子間氫鍵；16；
（4）在Al晶體的一個晶胞中與它距離相等且最近的Al原子在通過這個頂點的三個面心上，面心占$\frac{1}{2}$，通過一個頂點可形成8個晶胞，因此該晶胞中鋁原子的配位數為8×3×$\frac{1}{2}$=12；一個晶胞中Al原子數為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，因此Al的密度ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{4×27}{{N}_{A}×（0.405×1{0}^{-7}）^{3}}$=$\frac{4×27}{6.02×1{0}^{23}×（0.405×1{0}^{-7}）^{3}}$g•cm^-3，
故答案為：12，$\frac{4×27}{6.02×1{0}^{23}×（0.405×1{0}^{-7}）^{3}}$；

點評 本題考查了晶體的性質、原子核外電子排布規律、共價鍵類型、氫鍵、雜化類型、晶胞配位數及密度的計算，綜合性非常強，為歷年高考選作常考題型，難度中等，其中晶胞配位數以及密度的計算是本題的難點．