Question

12．2015年8月12號接近午夜時分，天津濱海新區一處集裝箱碼頭發生爆炸．發生爆炸的是集裝箱內的易燃易爆物品，爆炸火光震天，并產生巨大蘑菇云．根據掌握的信息分析，裝箱區的危險化學品可能有鉀、鈉、氯酸鈉、硝酸鉀、燒堿，硫化堿、硅化鈣、三氯乙烯、氯碘酸等．運抵區的危險化學品可能有環己胺、二甲基二硫、甲酸、硝酸銨、氰化鈉、4，6-二硝基苯-鄰仲丁基苯酚等．
回答下列問題：
（1）在組成NH₄NO₃、NaCN兩種物質的元素中第一電離能最大的是N（填元素符號），解釋原因同周期元素第一電離能自左而右呈增大趨勢，同主族自上而下元素第一電離能逐漸減小，但N原子的2p能級為半滿穩定狀態，第一電離能高于氧元素的．
（2）二甲基二硫和甲酸中，在水中溶解度較大的是（填名稱）甲酸，原因甲酸與水形成氫鍵；燒堿所屬的晶體類型為離子晶體；硫化堿（Na₂S）的S^2-的基態電子排布式是1s2s²2p⁶3s²3p⁶．
（3）硝酸銨中，NO₃^-的立體構型為，中心原子的雜化軌道類型為sp²．
（4）1mol化合物NaCN中CN^-所含的π鍵數為2N_A，與CN^-互為等電子體的分子有CO、N₂．（CN）₂又稱為擬鹵素，實驗室可以用氰化鈉、二氧化錳和濃硫酸在加熱條件下制得，寫成該制備的化學方程式2NaCN+MnO₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$（CN）₂+Na₂SO₄+MnSO₄+2H₂O．
（5）鈉鉀合金屬于金屬晶體，其某種合金的晶胞結構如圖所示．合金的化學式為KNa₃；晶胞中K 原子的配位數為6；已知金屬原子半徑r（Na）=186pm、r（K）=227pm，計算晶體的空間利用率$\frac{\frac{4}{3}π（18{6}^{3×}3+22{7}^{3}）}{（186×2+227×2）{\;}^{3}}$×100%（列出計算式，不需要計算出結果）．

Answer 1

分析 （1）同周期元素第一電離能自左而右呈增大趨勢，同主族自上而下元素第一電離能逐漸減小，但N原子的2p能級為半滿穩定狀態，第一電離能高于同周期相鄰元素的；
（2）分子之間有氫鍵時，物質的溶解度增大，燒堿由鈉離子和氫氧根構成，S^2-的最外層有18個電子，根據能量最低可書寫出其基態電子排布式；
（3）硝酸銨中，NO₃^-的氮原子的價層電子對數為$\frac{5+1}{2}$=3，據此判斷立體構型和中心原子的雜化軌道類型；
（4）原子序數相等、價電子總數也相等的微粒互為電子，CN^-與N₂互為等電子體，CN^-中含有C≡N三鍵，三鍵中含有1個σ鍵、2個π鍵數；根據制取氯氣的反應可知，氰化鈉、二氧化錳和濃硫酸在加熱條件下制得（CN）₂，還生成硫酸錳、硫酸鈉與水；
（5）根據均攤法計算晶胞中Na、K原子數目，確定合金的化學式，根據晶胞圖可知，每個K 原子周圍有6個鈉原子；根據晶胞的結構可知，晶胞的邊長為鈉原子和鉀原子的直徑之和，晶體的空間利用率為$\frac{晶胞中Na、K原子總體積}{晶胞體積}$×100%．

解答 解：（1）同周期元素第一電離能自左而右呈增大趨勢，同主族自上而下元素第一電離能逐漸減小，但N原子的2p能級為半滿穩定狀態，第一電離能高于氧元素的，故NH₄NO₃、NaCN兩種物質的元素中第一電離能最大的是N，
故答案為：N；同周期元素第一電離能自左而右呈增大趨勢，同主族自上而下元素第一電離能逐漸減小，但N原子的2p能級為半滿穩定狀態，第一電離能高于氧元素的；
（2）甲酸與水形成氫鍵，所以二甲基二硫和甲酸中中溶解度較大的是甲酸，燒堿由鈉離子和氫氧根構成，所以燒堿是離子晶體，S^2-的最外層有18個電子，其基態電子排布式為1s2s²2p⁶3s²3p⁶，
故答案為：甲酸；甲酸與水形成氫鍵；離子晶體；1s2s²2p⁶3s²3p⁶；
（3）硝酸銨中，NO₃^-的氮原子的價層電子對數為$\frac{5+1}{2}$=3，所以NO₃^-立體構型為平面三角形，中心原子氮原子的雜化軌道類型sp²，
故答案為：平面三角形；sp²；
（4）原子序數相等、價電子總數也相等的微粒互為電子，CN^-與N₂互為等電子體，二者結構相似，CN^-中含有C≡N三鍵，三鍵中含有1個σ鍵、2個π鍵數，所以1mol化合物NaCN中CN^-所含的π鍵數為2N_A，CN^-中含有兩個原子、10個價電子，與CN^-互為等電子體的分子有CO、N₂，
根據制取氯氣的反應可知，氰化鈉、二氧化錳和濃硫酸在加熱條件下制得（CN）₂，反應化學方程式為：2NaCN+MnO₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$（CN）₂↑+Na₂SO₄+MnSO₄+2H₂O，
故答案為：2N_A；CO、N₂；2NaCN+MnO₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$（CN）₂↑+Na₂SO₄+MnSO₄+2H₂O；
（5）晶胞中，鈉原子數為12×$\frac{1}{4}$=3，鉀原子數為8×$\frac{1}{8}$=1，所以合金的化學式為KNa₃；
根據晶胞圖可知，每個K 原子周圍有6個鈉原子，所以晶胞中K 原子的配位數為6；
晶胞中鈉原子和鉀原子體積之和為$\frac{4}{3}$π[（186pm）³×3+（227pm）³]，晶胞的邊長為鈉原子和鉀原子的直徑之和為2×（186pm+227pm），所以晶胞的體積為（2×186pm+2×227pm）³，晶體的空間利用率為$\frac{4}{3}$π[（186pm）³×3+（227pm）³]÷（2×186pm+2×227pm）³×100%=$\frac{\frac{4}{3}π（18{6}^{3×}3+22{7}^{3}）}{（186×2+227×2）{\;}^{3}}$×100%，
故答案為：KNa₃；6；$\frac{\frac{4}{3}π（18{6}^{3×}3+22{7}^{3}）}{（186×2+227×2）{\;}^{3}}$×100%．

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、雜化方式與空間構型、等電子體、晶胞計算等，難度中等，側重于學生的分析能力和計算能力的考查，注意基礎知識的理解掌握．