Question

9．自然界存在豐富的碳、氮、硅、磷、鐵等元素，它們可形成單質及許多化合物．按要求回答下列問題：
（1）鐵能與CO形成配合物Fe（CO）₅，其熔點為-20.5⁰C，沸點為102⁰C，易溶于CCl₄，據此判斷Fe（CO）₅晶體屬于分子晶體（填晶體類型）．
（2）鐵在元素周期表中位置是第四周期第Ⅷ族，亞鐵離子具有強還原性，從電子排布的角度解釋，其原因是Fe²⁺的3d軌道有6個電子，失去1個電子后3d軌道電子排布處于半充滿穩定狀態．
（3）南海海底蘊藏著大量的天然氣水化合物，俗稱“可燃冰”．可燃冰是一種晶體，晶體中平均每46個H₂O分子通過氫鍵構成8個籠，每個籠內可容納1個CH₄分子或1個游離的H₂O分子．若晶體中每8個籠有6個容納了CH₄分子，另外2個籠被游離的H₂O分子填充．可燃冰的平均組成可表示為CH₄•8H₂O．
（4）亞磷酸（H₃PO₃與過量NaOH反應充分反應生成亞磷酸氫二鈉（Na₂HPO₃），則亞磷酸氫二鈉屬于正鹽鹽（填“正”、“酸式”）．
（5）金剛石晶胞結構模型如圖，立方BN結構與金剛石相似，硬度與金剛石相當．在立方BN晶體中，B原子與N原子之間共價鍵與配位鍵的數目比為3：1；每個N原子周圍最近且等距離的N原子數為12；如果阿佛加德羅常數近似取6×10²³/mol，立方BN的密度為a g•cm^-3，摩爾質量為b g•mol^-1，計算晶體中最近的兩個N原子間距離是$\frac{\sqrt{2}}{2}\root{3}{\frac{b}{150a}}$nm（用含a、b代數式表示）．

Answer 1

分析 （1）依據Fe（CO）₅的熔沸點低，且易溶于四氯化碳判斷晶體類型；
（2）鐵的原子序數為26，在周期表中處于第四周期第VIII族；結合亞鐵離子和鐵離子的電子排布式進行判斷；
（3）在“可燃冰”晶體中，每8個籠由46個H₂O分子構成框架，其中容納6個CH₄分子和2個H₂O分子，可判斷每8個籠共48個H₂O分子和6個CH₄分子，據此推斷可表示可燃冰的平均組成的化學式；
（4）H₃PO₃與過量NaOH反應充分反應生成亞磷酸氫二鈉（Na₂HPO₃），則亞磷酸氫二鈉（Na₂HPO₃）中無可以電離的氫離子；
（5）由金剛石的晶胞結構可知，晶胞內部有4個C原子，面心上有6個C原子，頂點有8個C原子，根據金剛石的結構判斷，在BN晶體中，每個B原子和4個N原子形成共價鍵，B原子的配位數是4，B原子與N原子之間共價鍵的數目是12，一個晶胞中N原子數目為4；根據晶胞結構圖，以晶胞頂點上的氮原子為例，與該氮原子距離最近的氮原子位于經過該頂點的面的面心上；根據$ρ=\frac{m}{ρ}$可計算出晶胞的體積，進而確定晶胞的邊長，最近的兩個N原子間距離是晶胞面對角線的$\frac{1}{2}$，據此計算；

解答 解：（1）Fe（CO）₅的熔沸點低，且易溶于四氯化碳，依據分子晶體熔沸點低，且存在相似相溶原理，可知Fe（CO）₅為分子晶體；
故答案為：分子晶體；
（2）鐵為26號元素，元素在周期表中位于第四周期Ⅷ族；由于Fe²⁺的價電子3d⁶失去一個電子可形成3d⁵半充滿穩定結構，所以Fe²⁺易被氧化成Fe³⁺，
故答案為：第四周期Ⅷ族；Fe²⁺ 的3d軌道有6個電子，失去1個電子后3d軌道電子排布處于半充滿穩定狀態；
（3）晶體中8個籠只有6個容納CH₄分子，另外2個籠被水分子填充，推出8個籠共有6個甲烷分子，46+2=48個水分子，則甲烷分子與水分子的個數之比=6：48=1：8，所以化學式為CH₄•8H₂O，
故答案為：CH₄•8H₂O；
（4）H₃PO₃與過量NaOH反應充分反應生成亞磷酸氫二鈉（Na₂HPO₃），則亞磷酸氫二鈉（Na₂HPO₃）中無可以電離的氫離子，為正鹽，
故答案為：正鹽；
（5）由金剛石的晶胞結構可知，晶胞內部有4個C原子，面心上有6個C原子，頂點有8個C原子，在BN晶體中，每個B原子和4個N原子形成共價鍵，B原子的配位數是4，B原子與N原子之間共價鍵的數目是12，所以B原子與N原子之間共價鍵的數目與配位鍵的數目比為 3：1，根據晶胞結構圖，以晶胞頂點上的氮原子為例，與該氮原子距離最近的氮原子位于經過該頂點的面的面心上，這樣的原子有12個，根據均攤可知，一個晶胞中N原子數目為 4，B原子數目也是4，根據$ρ=\frac{m}{V}$可知晶胞的體積V=$\frac{\frac{4b}{6×10{\;}^{23}}}{a}$cm³=$\frac{4b}{6×10{\;}^{23}a}$cm³，所以晶胞的邊長為$\root{3}{\frac{4b}{6×1{0}^{23}a}}$cm，最近的兩個N原子間距離是晶胞面對角線的$\frac{1}{2}$，所以晶體中最近的兩個N原子間距離是$\frac{1}{2}×\sqrt{2}×$$\root{3}{\frac{4b}{6×1{0}^{23}a}}$cm=$\frac{\sqrt{2}}{2}\root{3}{\frac{4b}{6×1{0}^{23}a}}$cm=$\frac{\sqrt{2}}{2}\root{3}{\frac{b}{150a}}$nm，
故答案為：3：1；12；$\frac{\sqrt{2}}{2}\root{3}{\frac{b}{150a}}$；

點評 本題考查了金屬單質及其化合物的綜合應用、晶體結構與性質、晶胞計算等知識，題目難度中等，試題知識點較多、綜合性較強，充分考查學生的分析、理解能力及靈活應用能力，注意掌握常見金屬單質及其化合物的性質，明確均攤法在晶胞計算中的應用．