Question

科研人員在20℃、1個大氣壓和其它一定的實驗條件下，給水施加一個弱電場，水就可以結(jié)成冰，稱為“熱冰”．如圖1是水和“熱冰“微觀結(jié)構(gòu)的計算機模擬圖．回答：

（1）以上信息體現(xiàn)了水分子具有

 

性，水分子中氧原子的雜化方式為

 

．
（2）參照熱冰的圖示，以一個水分子為中心，畫出水分子間最基本的連接方式（用結(jié)構(gòu)式表示）．
（3）固體二氧化碳外形似冰，受熱氣化無液體產(chǎn)生，俗稱“干冰”．根據(jù)如圖2干冰的晶胞的結(jié)構(gòu)回答：
①一個晶胞中有

 

個二氧化碳分子；在二氧化碳分子中所含的化學(xué)鍵類型與數(shù)目有

 

；在干冰中CO₂的配位數(shù)是

 

．
②其堆積方式與干冰晶胞類型相同的金屬有（答一種即可）

 

，其空間利用率為

 

．
（4）請寫出N基態(tài)原子的原子軌道表示式

 

，
如圖原子軌道表示式不能作為N基態(tài)原子的軌道表示式是因它不符合

 

．（填序號）．

（5）第三周期中第一電離能最大的是

 

（6）元素X 位于第四周期，其基態(tài)原子的內(nèi)層軌道全部排滿電子，且最外層電子數(shù)為2，則該元素的質(zhì)子數(shù)是

 

，1mol的 X（NH₃）₄Cl₂中含有的δ鍵的有

 

個．

Answer 1

考點：原子軌道雜化方式及雜化類型判斷,原子核外電子排布,晶胞的計算,含有氫鍵的物質(zhì),不同晶體的結(jié)構(gòu)微粒及微粒間作用力的區(qū)別

專題：化學(xué)鍵與晶體結(jié)構(gòu)

分析：（1）給水施加一個弱電場，形成熱冰，水分子有規(guī)則的排列，說明水分子中正負電荷的重心不重合，具有極性，水分子中氧原子形成2個O-H鍵、含有2對孤電子對，雜化軌道數(shù)為4，據(jù)此判斷雜化方式；
（2）冰晶胞中存在氫鍵，氫鍵具有方向性，每個水分子與相鄰的4個水分子形成氫鍵；
（3）①利用均攤法計算晶胞；根據(jù)二氧化碳的結(jié)構(gòu)式判斷共價鍵的類型和數(shù)目；在干冰中CO₂的配位數(shù)是12；
②銅晶胞是面心立方結(jié)構(gòu)其堆積方式與干冰晶胞類型相同，處于面上對角線物質(zhì)的3個Cu原子相鄰，令Cu原子半徑為r，晶胞的棱

2

2

×4r，進而計算晶胞的體積，根據(jù)均攤法計算晶胞中Cu原子數(shù)目，進而計算晶胞中Cu原子實際占有的體積，晶胞空間利用率=晶胞中Cu原子實際占有的體積÷晶胞體積；
（4）根據(jù)洪特規(guī)則：電子排布在同一能級的不同軌道時優(yōu)先單獨占據(jù)一個軌道，且自旋方向相同；泡利原理：一個原子軌道里最多可容納2個電子，且自旋方向相反結(jié)合N元素，原子核外電子數(shù)為7書寫；
（5）同一周期元素，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而增大，但同一周期中第ⅡA族元素比第ⅢA族元素的第一電離能大，第ⅤA族比第ⅥA族第一電離能大，據(jù)此分析解答；
（6）元素X 位于第四周期，其基態(tài)原子的內(nèi)層軌道全部排滿電子，則內(nèi)層電子數(shù)=2+8+18=28，且最外層電子數(shù)為2，所以該原子有30個電子，為Zn元素，1mol的 X（NH₃）₄Cl₂中含有的δ鍵的有16N_A個；

解答： 解：（1）給水施加一個弱電場，形成熱冰，水分子有規(guī)則的排列，說明水分子中正負電荷的重心不重合，具有極性，水分子中氧原子形成2個O-H鍵、含有2對孤電子對，雜化軌道數(shù)為4，采取sp³雜化，
故答案為：極性，sp³；
（2）冰晶胞中水分子的空間排列方式，冰晶胞中存在氫鍵，氫鍵具有方向性，每個水分子與相鄰的4個水分子形成氫鍵，
故答案為：；
（3）①二氧化碳的晶胞中，二氧化碳分子分布于晶胞的定點和面心位置，則晶胞中含有二氧化碳的分子數(shù)為8×

1

8

+6×

1

2

=4，二氧化碳的分子結(jié)構(gòu)為O=C=C，每個分子中含有2個σ鍵和2個π鍵，以干冰晶胞中的任意一個頂點為坐標原點，以通過該頂點的三條棱邊為坐標軸建立起一個三維直角坐標系，在坐標原點的周圍可以無隙并置8個晶胞，這樣在每一個坐標軸上都可以看到有兩個與坐標原點上的CO₂分子等距離的CO₂分子，但是這些CO₂分子與坐標原點上的CO₂分子的距離并不是最近的，與坐標原點上的CO₂分子最近的CO₂分子應(yīng)該是每一個晶胞的面心上的，共有12個這樣的CO₂分子，
故答案為：4；2個σ鍵和2個π鍵；12；
②銅的堆積模型為最緊密堆積，配位數(shù)為12，銅原子位于頂點和面心，與二氧化碳分子晶胞結(jié)構(gòu)相似；銅晶胞是面心立方結(jié)構(gòu)，處于面上對角線物質(zhì)的3個Cu原子相鄰，令Cu原子半徑為r，晶胞的棱長=

2

2

×4r=2

2

r，晶胞的體積=(2

2

r)3=16

2

r³，晶胞中Cu原子數(shù)目=8×

1

8

+6×

1

2

=4，晶胞中Cu原子實際占有的體積=4×

4

3

πr³，晶胞空間利用率=

4× 4 3 πr3

16 2 r3

=74%，
故答案為：銅；74%；
（4）N元素，原子核外電子數(shù)為7，核外電子軌道表示為：，N原子的最外層5個電子，為2s²2p³，應(yīng)為2s和2p電子，且2p軌道中應(yīng)為3個單電子，違反洪特規(guī)則，
故答案為：；違反洪特規(guī)則；
（5）同一周期元素，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而增大，Ar元素3s²3p⁶中p軌道為全充滿狀態(tài)，難以失去電子，所以第一電離能最大，
故答案為：Ar；
（6）元素X 位于第四周期，其基態(tài)原子的內(nèi)層軌道全部排滿電子，則內(nèi)層電子數(shù)=2+8+18=28，且最外層電子數(shù)為2，所以該原子有30個電子，含有30個質(zhì)子，為Zn元素；每mol配合物[X（NH₃）₄]Cl₂中，σ鍵數(shù)目=（3×4+4）N_A=16N_A，
故答案為：30；16N_A；

點評：本題考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，較為綜合，涉及電子排布式的書寫、晶胞的結(jié)構(gòu)、雜化類型的判斷等知識，是對學(xué)生分析、思維能力的考查，注意配合物[Zn（NH₃）₄]Cl₂中，配位鍵也是σ鍵，為易錯點，題目難度中等．