Question

【題目】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_______方法區分晶體、準晶體和非晶體。

(2)基態銅原子的電子排布式為_______。

(3)CuO在高溫時分解為O2和Cu2O，請從陽離子的結構來說明在高溫時，Cu2O比CuO更穩定的原因是_______。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_______個銅原子。

(4)Cu2+能與乙二胺（H2N—CH2—CH2—NH2）形成配離子如圖：，該配離子中含有的化學鍵類型有______(填字母序號)。

A.配位鍵 B.極性鍵 C.離子鍵 D.非極性鍵

(5)羰基鐵[Fe(CO)5]可用作催化劑、汽油抗暴劑等。1molFe(CO)5分子中含____molσ鍵，與CO互為等電子體的離子是__（填化學式，寫一種）。

(6)某種磁性氮化鐵的結構如圖所示，N隨機排列在Fe構成的正四面體空隙中。正六棱柱底邊長為acm，高為ccm，阿伏加德羅常數的值為NA，則該磁性氮化鐵的晶體密度為____g/cm3(列出計算式)。

Answer 1

【答案】X-射線衍射 1s22s22p63s23p63d104s1 Cu2O中的Cu+3d軌道處于全滿的穩定狀態，而CuO中Cu2+中3d軌道排布為3d9，能量高，不穩定 16 ABD 10 CN-(或C22-)

【解析】

(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)根據構造原理可書寫出基態銅原子的電子排布式；

(3)根據原子核外電子的軌道上電子處于全滿、半滿或全空時是穩定狀態分析；結合O原子數目及Cu2O中Cu和O的比例計算晶胞中Cu原子的數目；

(4)Cu2+與乙二胺(H2N-CH2-CH2-NH2)中N原子形成配位鍵，H2N-CH2-CH2-NH2中C原子之間形成非極性鍵、不同原子之間形成極性鍵；單鍵為σ鍵，C原子沒有孤電子對、形成4個σ鍵，雜化軌道數目為4；

(5) Fe與CO形成5個配位鍵，屬于σ鍵，CO分子中形成1個σ鍵，據此計算Fe(CO)5分子含有的σ鍵數目是10個；與CO互為等電子體的離子，含有2個原子、價電子總數為10，可以用N原子與1個單位負電荷替換O原子，也可以用C原子與2個單位負電荷替換O原子；

(6)計算結構單元中原子總質量、晶胞體積，利用ρ=計算晶體密度。

(1)從外觀無法區分三者，但用X光照射會發現：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X-射線衍射現象即可確定；

(2) 29號元素Cu元素的基態原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s1；

(3)在Cu2O中Cu+原子的核外電子排布為1s22s22p63s23p63d10，處于d軌道的全滿的穩定狀態，而若再失去1個電子變為Cu2+時1s22s22p63s23p63d9，是不穩定的狀態，CuO在高溫時分解為O2和Cu2O；該晶胞中O原子數為4×1+6×+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，所以該晶胞中含有Cu原子個數為16個；

(4) Cu2+與乙二胺(H2N-CH2-CH2-NH2)中N原子形成配位鍵；在配位體H2N-CH2-CH2-NH2中C原子與C原子之間形成非極性鍵；不同元素的原子之間形成極性鍵，所以該配離子中存在的化學鍵類型為配位鍵、極性鍵、非極性鍵，故合理選項是ABD；

(5) Fe與CO形成5個配位鍵，屬于σ鍵，CO分子中形成1個σ鍵，故Fe(CO)5分子含有10個 σ鍵，1mol Fe(CO)5分子中含10molσ鍵，與CO互為等電子體的離子，含有2個原子、價電子總數為10，可以用N原子與1個單位負電荷替換O原子，也可以用C原子與2個單位負電荷替換O原子，與CO互為等電子體的離子為：CN-、C22-等；

(6)圖中結構單元底面為正六邊形，邊長為a nm，底面面積為6××a×10-7 cm×a×10-7 cm×sin60°=cm2；結構單元的體積V=cm2×c×10-7 cm=cm3，結構單元中含有N原子數為2，含有的Fe原子數為：=6，該晶胞在原子總質量m=g，所以該晶體密度ρ==g/cm3。