Question

7．“可燃冰”是蘊藏于海底的一種潛在能源．它由盛有“甲烷、氦氣、氧氣、硫化氫”等分子的“水分子籠”構成．
（1）水分子間通過氫鍵作用相互結合構成水分子籠．N、O、S元素第一電離能由大到小的順序為N＞O＞S（填元素符號）．
（2）從海底取得的“多金屬結核”樣本中含“鐵、錳、鉻”等多種金屬．
①基態個原子（Cr）的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹．
②金屬鐵的晶體在不同溫度下由兩種堆積方式，晶胞分別如圖1所示．在面心立方晶胞和體心立方晶胞中含有的Fe原子個數之比為2：1；已知，鐵原子的半徑為12.7×10^-9cm，請計算金屬鐵的面心立方晶胞的晶體密度為8.0g/cm³（結果保留一位小數）．

（3）膽礬CuSO₄•5H₂O可寫成[Cu（H₂O）₄]SO₄•H₂O，圖2是[Cu（H₂O）₄]SO₄•H₂O的結構示意圖．
①寫出基態Cu²⁺的核外電子排布式1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹．
②膽礬晶體中不存在的作用力類型有cf（填序號）．
a．離子鍵    b．極性鍵    c．金屬鍵      d．配位鍵    e．氫鍵      f．非極性鍵．

Answer 1

分析 （1）水分子間通過氫鍵作用相互結合構成水分子籠；
同主族自上而下第一電離能減小，N元素原子2p能級為半滿穩定狀態，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素的；
（2）①Cr原子核外電子數為24，根據能量最低原理與洪特規則特例書寫核外電子排布式；
②根據均攤法計算晶胞中Fe原子數目，進而計算面心立方晶胞和體心立方晶胞中含有的Fe原子個數之比；
計算晶胞質量，鐵原子的半徑為127×10^-9cm，則晶胞棱長為127×10^-9cm×4×$\frac{\sqrt{2}}{2}$，進而計算晶胞體積，再根據ρ=$\frac{m}{V}$計算晶胞密度；
（3）①Cu原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，4s、3d能級各失去1個電子形成Cu²⁺；
②根據膽礬晶體的結構可知，銅離子與水分子之間形成配位鍵、水分子與水分子、硫酸根離子之間形成氫鍵、硫酸根離子與配離子之間形成離子鍵，硫酸根與水中含有極性鍵．

解答 解：（1）水分子間通過氫鍵作用相互結合構成水分子籠；
同主族自上而下第一電離能減小，N元素原子2p能級為半滿穩定狀態，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素的，故第一電離能：N＞O＞S，
故答案為：氫鍵；N＞O＞S；
（2）①Cr原子核外電子數為24，根據能量最低原理、洪特規則特例，其核外電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹；
②面心立方晶胞中Fe原子數目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，體心立方晶胞中含有的Fe原子數為1+8×$\frac{1}{8}$=2，故面心立方晶胞和體心立方晶胞中含有的Fe原子個數之比為4：2=2：1；
面心立方密晶胞質量為4×$\frac{56}{6.02×1{0}^{23}}$g，鐵原子的半徑為127×10^-9cm，則晶胞棱長為127×10^-9cm×4×$\frac{\sqrt{2}}{2}$，則晶胞密度=4×$\frac{56}{6.02×1{0}^{23}}$g÷（12.7×10^-9cm×4×$\frac{\sqrt{2}}{2}$）³=8.0g/cm³，
故答案為：2：1；8.0g/cm³；
（3）①Cu原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，4s、3d能級各失去1個電子形成Cu²⁺，基態Cu²⁺的核外電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹；
②根據膽礬晶體的結構可知，銅離子與水分子之間形成配位鍵、水分子與水分子、硫酸根離子之間形成氫鍵、硫酸根離子與配離子之間形成離子鍵，硫酸根與水中含有極性鍵，膽礬晶體中不存在的作用力類型有：金屬鍵、非極性鍵，
故選：cf．

點評 本題是對物質結構與性質的考查，涉及電離能、核外電子排布、晶胞計算、氫鍵、配合物等，（2）中晶體密度計算為易錯點，關鍵是計算晶胞體積，難度中等．