Question

4．血紅蛋白是高等生物體內負責運載氧的一種蛋白質（縮寫為HB或HGB）．與正常血紅蛋白相比，硫血紅蛋白不能與氧呈可逆的結合．因此失去攜帶氧的能力．如圖1所示為硫血紅蛋白的結構．

請回答下列問題：
（1）硫血紅蛋白所含非金屬元素中，電負性最大的是O，第一電離能最大的是N．
（2）根據等電子體原理推斷CS₂是非極性分子（填“極性”或“非極性”）．濃硫酸黏度較大的原因是硫酸分子間可以形成氫鍵．
（3）硫血紅蛋白中C原子的雜化方式為sp²、sp³．在圖中2用“→”標出N和Fe²⁺形成的配位鍵．
（4）鐵的金屬密堆積方式為體心立方結構，結構如圖3所示．則晶胞中鐵原子的配位數為8．如果鐵原子的半徑為r pm，列式并計算出該堆積方式的空間利用率$\frac{\sqrt{3}π}{8}$．

Answer 1

分析 （1）同一周期，自左而右電負性增大，同一主族，自上而下電負性減小；同主族，自上而下，元素的第一電離能減小，同一周期，自左而右元素的第一電離能增大，注意同一周期的第ⅡA元素的第一電離能大于第ⅢA族的，第ⅤA族的大于第ⅥA族的；
（2）具有相同原子數和最外層電子數的分子或離子叫等電子體，等電子體的結構和性質相似；分子間可以形成氫鍵使物質的粘度增大；
（3）根據C原子形成的σ鍵數目判斷雜化類型；N原子最外層有5個電子，只需要形成3條鍵即可達到穩定結構，但是圖中形成雙鍵的N原子形成了四條鍵，顯然有一條為配位鍵；（4）體心立方結構的配位數為8；利用均攤法計算晶胞的結構．

解答 解：（1）硫血紅蛋白中所含非金屬元素有：C、H、N、O、S，同周期元素從左到右元素的電負性逐漸增大，則有電負性C＜N＜O，H的電負性最小，所以電負性最大的是O；第一電離能最大的元素的原子是N；
故答案為：O；N；
（2）氧、硫屬于同主族，CS₂和CO₂是等電子體，CO₂具有直線型結構的分子，正、負電荷中心重合，是為非極性分子，等電子體的結構相似，CS₂是非極性分子；硫酸分子中含有羥基，形成氫鍵，濃硫酸粘度較大的原因是分子間可以形成氫鍵；
故答案為：非極性；硫酸分子間可以形成氫鍵；
（3）甲基中C原子形成4個σ鍵，采取sp³雜化，形成雙鍵的C原子形成3個σ鍵，采取sp²雜化；
N原子最外層有5個電子，只需要形成3條鍵即可達到穩定結構，但是圖中形成雙鍵的N原子形成了四條鍵，顯然有一條為配位鍵，用“→”標出N和Fe²⁺形成的配位鍵為；
故答案為：sp²、sp³；；
（4）鐵的金屬密堆積方式為體心立方結構，晶胞中鐵原子的配位數為8；體心立方中含有1+8×$\frac{1}{8}$=2個鐵原子，晶胞中鐵原子的體積為：2×$\frac{4}{3}$×π×r³，體心立方中，體對角線上為三個鐵原子相切，則體對角線為4r，晶胞邊長為：$\frac{4r}{\sqrt{3}}$，晶胞體積為：（$\frac{4r}{\sqrt{3}}$）³，空間利用率為：$\frac{2×\frac{4}{3}×π×{r}^{3}}{（\frac{4r}{\sqrt{3}}）^{3}}$=$\frac{\sqrt{3}π}{8}$，
故答案為：8；$\frac{\sqrt{3}π}{8}$．

點評 本題考查物質結構與性質，涉及元素性質遞變規律、等電子原理應用、分子性質、配位鍵、晶胞計算等，（4）中計算為易錯點、難點，需要學生具備一定的數學計算能力，題目難度中等．