Question

4．（1）納米技術制成的金屬燃料、非金屬固體燃料、氫氣等已應用到社會生活和高科技領域．單位質量的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下表所示：

電離能（KJ/mol）	I1	I2	I3	I4
A	932	1821	15399	21771
B	738	1451	7733	10540

①某同學根據上述信息，推斷B的核外電子排布如圖1所示，該同學所畫的電子排布圖違背能量最低原理，B元素位于周期表五個區域中的s區．

②ACl₂分子中A的雜化類型為sp，ACl₂的空間構型為直線形．
（2）Fe原子或離子外圍有較多能量相近的空軌道能與一些分子或離子形成配合物．
①以體心立方堆積形成的金屬鐵中，其原子的配位數為8．
②寫出一種與CN^-互為等電子體的單質的電子式．
③六氰合亞鐵離子[Fe（CN）₆]^4-中不存在B．
A．共價鍵    B．非極性鍵   C．配位鍵     D．σ鍵     E．π鍵
（3）一種Al-Fe合金的立體晶胞如圖2所示．請據此回答下列問題：
①確定該合金的化學式Fe₂Al．
②若晶體的密度=ρ g/cm³，則此合金中最近的兩個Fe原子之間的距離（用含ρ的代數式表示，不必化簡）為$\root{3}{\frac{139}{2ρ{N}_{A}}}$cm．

Answer 1

分析 （1）①由圖1電子軌道排布圖可知，3s能級未填滿就填充3p能級，3s能級能量比3p能級低，每個軌道最多只能容納兩個電子，且自旋相反；
由表中電離能可知，二者第三電離能劇增，故為+2價，都為短周期元素，故A為鈹、B為Mg，鎂價層電子排布為3s²；
②BeCl₂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；
（2）①體心立方堆積，如：，屬于鉀、鈉和鐵型，其原子的配位數為8；
②等電子體中原子個數相等、價電子數相等，CN^-含有2個原子、價電子數是10，與單質氮氣分子是等電子體關系；
③六氰合亞鐵離子[Fe（CN）₆]^4-中存在配位鍵，極性共價鍵，CN^-電子式為，則C、N間存在σ鍵和π鍵；
（3）①由晶胞圖2，晶胞中含有4個Al原子，且都位于晶胞內部，則晶胞平均含有4個Al，晶胞中Fe位于頂點的有8個，位于面心的有6個，位于棱上的有12個，位于體心的有1個，根據均攤法計算；
②一個晶胞中含有8個Fe原子和4個Al原子，合金中最近的兩個Fe原子之間的距離為xcm，則棱長為2xcm，體積為8x³cm³，晶胞質量為$\frac{56×8+27×4}{{N}_{A}}$g，結合ρ=$\frac{m}{V}$計算．

解答 解：（1）①由圖1電子軌道排布圖可知，3s能級未填滿就填充3p能級，所以違背能量最低原理；由表中電離能可知，二者第三電離能劇增，故為+2價，都為短周期元素，故A為鈹、B為Mg，鎂價層電子排布為3s²，處于周期表中s區，
故答案為：能量最低原理；s；
②BeCl₂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：sp；直線形；
（2）①體心立方堆積，如：，屬于鉀、鈉和鐵型，其原子的配位數為8，故答案為：8；
②等電子體中原子個數相等、價電子數相等，CN^-含有2個原子、價電子數是10，與單質氮氣分子是等電子體關系，氮氣的電子式為，
故答案為：；
③六氰合亞鐵離子[Fe（CN）₆]^4-中存在配位鍵，極性共價鍵，CN^-電子式為，則C、N間存在σ鍵和π鍵，
故答案為：B；
（3）①由晶胞圖2，晶胞中含有4個Al原子，且都位于晶胞內部，則晶胞平均含有4個Al，晶胞中Fe位于頂點的有8個，位于面心的有6個，位于棱上的有12個，位于體心的有1個，含有Fe原子數目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$+12×$\frac{1}{4}$+1=8，Fe與 Al原子數目之比為8：4=2：1，故該合金的化學式為Fe₂Al，故答案為：Fe₂Al；
②一個晶胞中含有8個Fe原子和4個Al原子，設合金中最近的兩個Fe原子之間的距離為xcm，則棱長為2xcm，體積為8x³cm³，晶胞質量為$\frac{56×8+27×4}{{N}_{A}}$g，由ρ=$\frac{m}{V}$可知，8x³=$\frac{139}{ρ{N}_{A}}$，則x=$\root{3}{\frac{139}{2ρ{N}_{A}}}$cm，故答案為：$\root{3}{\frac{139}{2ρ{N}_{A}}}$．

點評 本題考查物質結構和性質，為高頻考點，側重對物質結構主干知識的考查，涉及雜化理論、化學鍵、分子結構與性質、晶胞計算等，需要學生具備知識的基礎，題目難度中等，注意對晶胞計算中的常用的均攤法的理解及應用．