Question

4．硼及其化合物在工業上有許多用途．工業上以鐵硼礦為原料制備硼酸，鐵硼礦含有Mg、Fe、Ca、Al、B、O等多種元素，它的主要成分為Mg₂B₂O₅•H₂O和Fe₃O₄．
（1）基態鐵原子的外圍電子層排布為3d⁶4s²，該元素位于元素周期表中的第Ⅷ族，在水溶液中常以Fe²⁺、Fe³⁺的形式存在，其中Fe³⁺更穩定．
（2）以硼酸為原料可制得NaBH₄，B原子的雜化方式為sp³．
（3）工業上冶煉鋁不用氯化鋁，因為氯化鋁易升華，其雙聚物Al₂Cl₆結構如圖1所示．1mol該分子中含2N_A 個配位鍵，該分子否（填“是”或“否”）平面型分子．
（4）依據第二周期元素第一電離能的變化規律，參照圖2中B、C、O、F元素的位置，用小黑點表示N元素的相對位置．
（5）Al單質為面心立方晶體，其晶體參數a=0.405nm，列式表示Al單質的密度：2.7g•cm^-3．

Answer 1

分析 （1）Fe元素原子核外電子數為26，根據能量最低原理書寫其價電子排布式，確定在周期表中位置；Fe³⁺離子3d為半滿穩定狀態，比較穩定；
（2）NaBH₄中B原子價層電子對數為4+$\frac{3+1-1×4}{2}$=4，雜化軌道數目為4；
（3）Al₂Cl₆結構中黑色球為Al原子、白色球為Cl原子，Al原子與Cl原子之間形成3個共價鍵、1個配位鍵，Al原子雜化軌道數目為4；
（4）同周期隨原子序數增大，元素第一電離能呈增大趨勢，氮元素原子2p能級為半滿穩定狀態，第一電離能高于同周期相鄰元素的，故第一電離能B＜C＜O＜N；
（5）根據均攤法計算晶胞中Al原子數目，進而計算晶胞質量，再根據ρ=$\frac{m}{V}$計算晶胞密度．

解答 解：（1）Fe元素原子核外電子數為26，根據能量最低原理，其價電子排布式為3d⁶4s²，在周期表中位于第Ⅷ族，Fe³⁺離子3d為半滿穩定狀態，能量較低，比較穩定；
故答案為：3d⁶4s²；Ⅷ；Fe³⁺；
（2）NaBH₄中B原子價層電子對數為4+$\frac{3+1-1×4}{2}$=4，雜化軌道數目為4，其雜化方式為：sp³，
故答案為：sp³；
（3）Al₂Cl₆結構中黑色球為Al原子、白色球為Cl原子，Al原子與Cl原子之間形成3個共價鍵、1個配位鍵，Al原子雜化軌道數目為4，1mol該分子中含2N_A個配位鍵，該分子不是平面型分子，
故答案為：2N_A；否；
（4）同周期隨原子序數增大，元素第一電離能呈增大趨勢，氮元素原子2p能級為半滿穩定狀態，第一電離能高于同周期相鄰元素的，故第一電離能B＜C＜O＜N，表示N元素的相對位置為：，
故答案為：；
（5）Al單質為面心立方晶體，晶胞中Al原子數目為8×$\frac{1}{8}$+5×$\frac{1}{2}$=4，晶胞質量為4×$\frac{27}{6.02×1{0}^{23}}$g，其晶體參數a=0.405nm，則晶胞密度為4×$\frac{27}{6.02×1{0}^{23}}$g÷（0.405×10^-7 cm）³=2.7g/cm³，
故答案為：2.7．

點評 本題是對物質結構與性質的考查，涉及核外電子排布、雜化方式與空間構型判斷、化學鍵、電離能、晶胞計算等，注意同周期第一電離能異常情況，熟記中學常見晶胞結構，難度中等．