Question

18．第四周期元素的單質及化合物在工農業生產中應用廣泛．回答以下問題：
（1）鐵合金中常含有碳、鐵、碳材料在日常生活、工業生產和科學研究中具有極其重要的用途．

①鐵元素基態原子核外未成對電子數有4．
②足球烯（C₆₀）熔沸點較低，硬度較小，易溶于苯、酒精等有機溶劑，不導電．C₆₀的晶體類型是分子晶體．
③低溫條件下合成金剛石的反應如下：4Na+3CO₂$\frac{\underline{\;400℃，800atm\;}}{\;}$C+2Na₂CO₃
上述反應中四種物質按照熔點由高到低的順序是C＞Na₂CO₃＞Na＞CO₂．
該反應中涉及的元素按電負性從大到小的順序是O＞C＞Na．
④以丙烯腈為原料可制得質輕、有很高的抗拉強度和彈性的聚丙烯腈碳纖維，該纖維廣泛應用于制造高級文體用品．丙烯腈（CH₂=CH-C≡N）分子中，σ鍵和π鍵的個數比為2：1；該分子中碳原子的軌道雜化類型有sp²雜化、sp雜化．
⑤石墨層間化合物在電池材料、儲氫材料等方面具有廣闊應用前景．某種石墨層間化合物是在石墨層間插入鉀，其結構如圖甲所示．該化合物化學式為KC₈．
（2）第四周期元素中，基態原子的最外層只有1個電子的元素共有3種．
（3）鉑絲蘸取氯化鈣在酒精燈上灼燒，火焰呈現磚紅色，顯色原因是C（填序號）．
A．氯化鈣受熱揮發   B．氯化鈣受熱分解   C．鈣離子中電子躍遷    D．氯離子中電子躍遷
（4）無水硫酸銅呈白色，吸水后形成膽礬，呈藍色．科學家通過X射線測定出膽礬的結構，其結構可用圖乙表示．
①膽礬晶體中除共價鍵、配位鍵及微弱的范德華力外，還存在的兩種作用力氫鍵和離子鍵．
②銅離子形成膽礬中配位離子的離子方程式為Cu²⁺+4H₂O=[Cu（H₂O）₄]²⁺．
（5）Mn、Fe均為第四周期過渡元素，兩元素的部分電離能數據如下表．據表判斷Mn ²⁺、Fe ²⁺再失去一個電子的難易，并從原子結構的角度簡述其原因Mn²⁺再失去電子比Fe²⁺更難，原因是Mn²⁺（3d⁵）屬于較穩定的半充滿結構，而Fe²⁺的電子排布為[Ar]3d⁶，易失去1個電子形成較穩定的半充滿結構．

元素		Mn	Fe
電離能 KJ•mol-1	I1	717	759
	I2	1509	1561
	I3	3248	2957

Answer 1

分析 （1）①鐵是26號元素，電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p6⁶3d⁶ 4s²，d能級上有未成對電子；
②分子晶體熔沸點較低；
③物質熔點可根據晶體類型判斷，原子晶體的＞離子晶體＞金屬晶體＞分子晶體；
同一周期元素電負性從左到右漸增，同一主族元素電負性從上到下逐漸減小；
④根據雜化軌道數=σ鍵數目+孤對電子對數，確定雜化軌道；根據1個單鍵是1個σ鍵，一個雙鍵含有1個σ鍵和1個π鍵，一個三鍵含有1個σ鍵和2個π鍵；
⑤利用均攤法計算碳原子和鉀原子個數之比，注意每個鉀原子被六個三角形共用很關鍵；
（2）第四周期元素中，基態原子的最外層只有1個電子的元素K、Cr、Cu；
（3）鈣元素的焰色反應為磚紅色，進行焰色反應時，吸收能量，鈣離子電子發生躍遷；
（4）①由圖可知H與O之間存在氫鍵，銅離子與硫酸根之間存在離子鍵；
②銅離子與水分子通過配位鍵形成水合銅離子[Cu（H₂O）₄]²⁺；
（5）電離能越大，越不容易失去電子，根據第三電離能可知Mn²⁺再失去電子比Fe²⁺更難，電子處于半滿、全滿、全空是更穩定．

解答 解：（1）①鐵是26號元素，電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p6⁶3d⁶ 4s²，根據泡利原理和洪特規則知d能級上有未成對電子，由于d能級有5個軌道，d能級有4個未成對電子，故答案為：4；
②足球烯（C₆₀）熔沸點較低，硬度較小，易溶于苯、酒精等有機溶劑，屬于分子晶體，故答案為：分子晶體；
③金剛石為原子晶體，碳酸鈉為離子晶體，金屬鈉為金屬晶體，二氧化碳為分子晶體，故其熔點大小順序為C＞Na₂CO₃＞Na＞CO₂；
同一周期元素電負性從左到右漸增，同一主族元素電負性從上到下逐漸減小，電負性從大到小的順序是O＞C＞Na；
故答案為：C＞Na₂CO₃＞Na＞CO₂；O＞C＞Na；
④丙烯腈（CH₂=CH-C≡N）分子中含有6個σ鍵和3個π鍵，數目之比為 2：1；
丙烯腈分子CH₂=CH-CN中雙鍵上的碳原子形成3個σ鍵，無孤電子對，sp²雜化，與氮相連的碳原子形成2個σ鍵，無孤電子對，sp雜化；
故答案為：2：1；sp²雜化、sp雜化；
⑤可以取三個鉀原子形成的小三角形為計算單位，其完全占有的碳原子數是4，占有的鉀原子數為$\frac{1}{6}$×3=$\frac{1}{2}$，碳原子數和鉀原子數之比是4：$\frac{1}{2}$=8：1，該化合物化學式為KC₈，故答案為：KC₈；
2）第四周期元素中，基態原子的最外層只有1個電子的元素K、Cr、Cu，有3種，故答案為：3；
（3）鈣元素進行焰色反應時，吸收能量，鈣離子電子發生躍遷，產生發射光譜為磚紅色；
故答案為：C；
（4）①由圖可知H與O之間存在氫鍵，銅離子與硫酸根之間存在離子鍵；
故答案為：氫鍵；離子鍵；
②銅離子與水分子通過配位鍵形成水合銅離子[Cu（H₂O）₄]²⁺，離子方程式為Cu²⁺+4H₂O=[Cu（H₂O）₄]²⁺，故答案為：Cu²⁺+4H₂O=[Cu（H₂O）₄]²⁺；
（5）Mn的I₃=3248 kJ•mo1^-1大于Fe的I₃=2957 kJ•mo1^-1，所以Mn²⁺再失去電子比Fe²⁺更難，原因是Mn²⁺（3d⁵）屬于較穩定的半充滿結構，而Fe²⁺的電子排布為[Ar]3d⁶，易失去1個電子形成較穩定的半充滿結構．
故答案為：Mn²⁺再失去電子比Fe²⁺更難，原因是Mn²⁺（3d⁵）屬于較穩定的半充滿結構，而Fe²⁺的電子排布為[Ar]3d⁶，易失去1個電子形成較穩定的半充滿結構．

點評 本題考查物質結構和性質，綜合性較強，涉及晶胞計算、原子雜化、配合物、原子核外電子排布等知識點，難點是晶胞計算，側重考查學生空間選項能力及計算能力，題目難度中等．