Question

3．（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雜化，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由電子軌道排布圖可知，3s能級未填滿就填充3p能級，而3s能級能量比3p能級低；
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，鎂價層電子排布為3s²；
②BeCl₂分子中Be的成2個σ鍵，Be原子價層電子對個數是2且不含孤電子對，根據價層電子對互斥理論判斷Be原子雜化方式及微粒空間構型；
（2）①以體心立方堆積形成的金屬鐵中，該晶胞中8個頂點及體心上分別含有1個Fe原子；
②原子個數相等且價電子數相等的微粒互為等電子體；
③[Fe（CN）₆]^4-中存在配位鍵、極性鍵，共價單鍵為σ鍵，共價三鍵中存在σ鍵和π鍵；
（3）①該晶胞中Fe原子個數=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$+1+12×$\frac{1}{4}$=8，Al原子個數為4，所以Fe、Al原子個數之比=8：4=2：1；
②該晶胞棱長=$\root{3}{\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{ρ}}$cm，此合金中最近的兩個Fe原子之間的距離為晶胞棱長的一半．

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，3s能級能量比3p能級低，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，價層電子對個數是2，所以采取sp雜化，為直線形，
故答案為：sp雜化；直線形；
（2）①以體心立方堆積形成的金屬鐵中，該晶胞中8個頂點及體心上分別含有1個Fe原子，所以其配位數是8，故答案為：8；
②原子個數相等且價電子數相等的微粒互為等電子體，氫氰根離子中原子個數是2價電子數是10，與氮氣互為等電子體，氮氣分子中氮原子之間共用3對電子，其電子式為，故答案為：；
③[Fe（CN）₆]^4-中存在配位鍵、極性鍵，共價單鍵為σ鍵，共價三鍵中存在σ鍵和π鍵，該微粒中碳原子和N原子之間存在配位鍵，C、N原子之間存在極性共價鍵及σ鍵和π鍵，所以不存在非極性鍵，故選B；
（3）①該晶胞中Fe原子個數=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$+1+12×$\frac{1}{4}$=8，Al原子個數為4，所以Fe、Al原子個數之比=8：4=2：1，所以其化學式為Fe₂Al，故答案為：Fe₂Al；
②該晶胞棱長=$\root{3}{\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{ρ}}$cm，此合金中最近的兩個Fe原子之間的距離為晶胞棱長的一半=$\frac{1}{2}$×$\root{3}{\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{ρ}}$cm=$\frac{1}{2}$×$\root{3}{\frac{\frac{139}{{N}_{A}}×4}{ρ}}$cm=$\root{3}{\frac{139}{2ρ{N}_{A}}}$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，涉及晶胞計算、等電子體、化學鍵判斷、微粒空間構型等知識點，側考查學生知識綜合應用及空間想象、計算能力，難點是晶胞計算，注意：配位鍵屬于共價鍵．