Question

10．（1）A和B單質燃燒時均放出大量熱，可用作燃料．已知A和B為短周期元素，其原子的第一至第四電離能如表所示：

電離能（KJ/mol）	I1	I2	I3	I4
A	932	1821	15390	21771
B	738	1451	7733	10540

根據上述信息，寫出B的基態原子核外電子排布式1s²2s²2p⁶3s²，預測A和氯元素形成的簡單分子空間構型為直線型．
（2）鈷（Co）可形成分子式均為Co（NH₃）₅BrSO₄的兩種配合物，往其中一種配合物的溶液中加入AgNO₃溶液時，無明顯現象，往其溶液中加BaCl₂溶液時若，產生白色沉淀，則該配合物的化學式為[Co（Br）（NH₃）₅]SO₄，中心離子的配位數為6．
（3）參考下表中的物質熔點回答下列問題

物質	NaF	NaCl	NaBr	NaI	NaCl	KCl	RbCl	CsCl
熔點（℃）	995	801	755	651	801	776	715	646

根據上表數據解釋鈉的鹵化物及堿金屬的氯化物的熔點變化規律隨陰陽離子的半徑增大，熔降低點．
（4）C₆₀可用作儲氫材料．C₆₀的結構如圖1．已知金剛石中的C-C的鍵長為154.45pm，C₆₀中C-C鍵長為145～140pm，有同學據此認為C₆₀的熔點高于金剛石，你認為是否正確不正確，并闡述理由C₆₀是分子晶體，熔化時不需破壞化學鍵．科學家把C₆₀和鉀摻雜在一起制造了一種富勒烯化合物，其晶胞如圖2所示，該物質在低溫時是一種超導體，該物質的K原子和C₆₀分子的個數比為3：1．
σ
（5）三聚氰胺分子的結構簡式如圖3，則其中氮原子軌道雜化類型是sp²、sp³，l mol三聚氰胺分子中含15molσ鍵．
（6）碳化硅的晶胞與金剛石的晶胞相似如圖4，設晶胞邊長為a cm，碳原子直徑為b cm，硅原子直徑為c cm，則該晶胞的空間利用率為$\frac{2π（{b}^{3}+{c}^{3}）}{3{a}^{3}}$×100%．（用含a、b、c的式子表示）．

Answer 1

分析 （1）由表中電離能可知，二者第三電離能都劇增，原子最外層電子數為2，都為短周期元素，A和B單質燃燒時均放出大量熱，可用作燃料，同主族自上而下第一電離能降低，故A為鈹、B為Mg，鎂是12號元素，BeCl₂分子中Be的成2個σ鍵，雜化軌道數為2，采取sp雜化，沒有孤對電子對；
（2）配合物由內界和外界組成，配合物溶于水發生電離生成內界離子（絡離子）和外界離子，加入AgNO₃溶液時，無明顯現象，說明溴離子為配合物的內界配體，加BaCl₂溶液時若，產生白色沉淀，說明硫酸根離子為外界離子，據此書寫配離子化學式，根據配體的數目可確定中心離子的配位數；
（3）離子晶體中離子的半徑越小，離子鍵強度越大，熔點越高，所以鈉的鹵化物及堿金屬的氯化物的熔點與鹵離子及堿金屬離子的半徑有關，隨著半徑的增大，熔點逐漸降低；
（4）分子晶體的熔點與共價鍵的鍵能無關，與分子間作用力有關，根據晶胞的結構，利用均攤法計算出每個晶胞結構各離子的個數；
（5）根據三聚氰胺分子中氮原子成鍵特點判斷雜化方式，每個共價鍵中有且僅有一個是σ鍵，據此判斷σ鍵的數目；
（6）根據均攤法計算晶胞中C、Si原子數目，進而計算晶胞中含有C、Si原子總體積，計算晶胞的體積，晶胞的空間利用率=$\frac{晶胞中C、Si原子總體積}{晶胞體積}$×100%．

解答 解：（1）由表中電離能可知，二者第三電離能都劇增，原子最外層電子數為2，都為短周期元素，同主族自上而下第一電離能降低，故A為鈹、B為Mg，鎂的基態原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²，BeCl₂分子中Be的成2個σ鍵，雜化軌道數為2，采取sp雜化，沒有孤對電子對，為直線型，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²；直線型；
（2）配合物由內界和外界組成，配合物溶于水發生電離生成內界離子（絡離子）和外界離子，加入AgNO₃溶液時，無明顯現象，說明溴離子為配合物的內界配體，加BaCl₂溶液時若，產生白色沉淀，說明硫酸根離子為外界離子，所以該配合物的化學式為[Co（Br）（NH₃）₅]SO₄，根據配體的數目可知中心離子的配位數為6，
故答案為：[Co（Br）（NH₃）₅]SO₄；6；
（3）離子晶體中離子的半徑越小，離子鍵強度越大，熔點越高，所以鈉的鹵化物及堿金屬的氯化物的熔點與鹵離子及堿金屬離子的半徑有關，隨著半徑的增大，熔點逐漸降低；
故答案為：隨陰陽離子的半徑增大，熔降低點；
（4）盡管C₆₀中C-C鍵的鍵能可能大于金剛石，但其熔化時并不破壞化學鍵，因此比較鍵能沒有意義，根據晶胞的結構，利用均攤法可知，在晶胞中K原子和C₆₀分子的個數比為$\frac{12}{2}$：（$8×\frac{1}{8}$+1）=3：1，
故答案：不正確，C₆₀是分子晶體，熔化時不需破壞化學鍵；3：1；
（5）三聚氰胺分子中處于環上的N原子成3個σ鍵，沒有孤電子對，采取sp²雜化，氨基中N原子成2個σ鍵，含有1對孤電子對，N原子采取sp3雜化，單鍵為σ鍵，雙鍵含有1個σ鍵、1個π鍵，故1個三聚氰胺分子含有15個σ鍵，則1mol三聚氰胺分子中σ鍵的數目為15N_A，
故答案為：sp²、sp³；15；
（6）根據均攤法計算晶胞中C原子數目=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4、Si原子數目=4，晶胞邊長為a cm，則晶胞體積為a³cm³，碳原子直徑為b cm，則晶胞中C原子總體積=4×$\frac{4}{3}$×π×（ $\frac{1}{2}$b）³cm³=$\frac{2}{3}$πb³cm³，硅原子直徑為c cm，則晶胞中Si原子總體積=4×$\frac{4}{3}$×π×（ $\frac{1}{2}$c）³cm³=$\frac{2}{3}$πc³cm³，故晶胞中C、Si原子總體積=$\frac{2}{3}$πb³cm³+$\frac{2}{3}$πb³cm³=$\frac{2}{3}$π（b³+c³）cm³，故晶胞的空間利用率=$\frac{\frac{2}{3}π（{b}^{3}+{c}^{3}）}{{a}^{3}}$×100%=$\frac{2π（{b}^{3}+{c}^{3}）}{3{a}^{3}}$×100%，
故答案為：$\frac{2π（{b}^{3}+{c}^{3}）}{3{a}^{3}}$×100%．

點評 本題是對物質結構的考查，涉及核外電子排布規律、分子結構與性質、雜化軌道、晶胞計算、空間利用率的計算等，需要學生具有一定的空間想象與數學計算能力，難度中等．