Question

能源、材料和信息是現(xiàn)代社會的三大“支柱”．
（1）目前，利用金屬或合金儲氫的研究已取得很大進展，如圖是一種鎳基合金儲氫后的晶胞結(jié)構(gòu)圖．
①Ni原子的價電子排布式是

 

．
②該合金儲氫后，含1mol La的合金可吸附H₂的數(shù)目為

 

．
（2）南師大結(jié)構(gòu)化學(xué)實驗室合成了一種多功能材料--對硝基苯酚水合物（化學(xué)式為C₆H₅NO₃?1.5H₂O）．實驗表明，加熱至94℃時該晶體能失去結(jié)晶水，由黃色變成鮮亮的紅色，在空氣中溫度降低又變?yōu)辄S色，具有可逆熱色性；同時實驗還表明它具有使激光倍頻的二階非線性光學(xué)性質(zhì)．
①晶體中四種基本元素的電負性由大到小的順序是

 

．
②對硝基苯酚水合物失去結(jié)晶水的過程中，破壞的微粒間作用力是

 

．
（3）科學(xué)家把NaNO₃和Na₂O在一定條件下反應(yīng)得到一種白色晶體，已知其中陰離子與SO₄^2-互為等電子體，且該陰離子中的各原子的最外層電子都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)．該陰離子的電子式是

 

，其中心原子N的雜化方式是

 

．
（4）在金剛石晶體的一個晶胞（如圖1）中，含有

 

個碳原子．在二氧化硅晶體的一個晶胞中，含有

 

個化學(xué)鍵．原子晶體能否形成最密堆積結(jié)構(gòu)，原因是

 

．
（5）鐵晶體的晶胞結(jié)構(gòu)（如圖2）：若鐵原子的半徑是r cm，則鐵的密度是

 

．

Answer 1

考點：晶胞的計算,原子核外電子排布,元素電離能、電負性的含義及應(yīng)用

專題：化學(xué)鍵與晶體結(jié)構(gòu)

分析：（1）①、Ni是28號元素，價電子數(shù)為10，價電子排布式為3d⁸4s²，②、根據(jù)鎳基合金儲氫后的晶胞結(jié)構(gòu)圖，利用均攤法，可知每個晶胞中含有La、H₂的個數(shù)關(guān)系，從而可解決問題；
（2）①、根據(jù)元素周期律可知四種元素的電負性大小，②、根據(jù)C₆H₅NO₃?1.5H₂O中微粒間的作用力可解決問題；
（3）根據(jù)等電子原理及NaNO₃和Na₂O反應(yīng)后元素守恒，可以推出白色晶體中的陰離子，進一步推出N的雜化方式；
（4）利用均攤法，可算出金剛石晶體的一個晶胞中的碳原子數(shù)，SiO₂結(jié)構(gòu)和金剛石相似，相當(dāng)于把金剛石中的碳換在硅，然后在每兩個硅之間插入一個氧原子，由此可看出化學(xué)鍵的個數(shù)，原子晶體中原子之間是以共價鍵結(jié)合的，共價鍵有飽和性和方向性，一個原子不能形成12條共價鍵，所以原子晶體就不能形成配位數(shù)是12的最密堆積結(jié)構(gòu)；
（5）根據(jù)鐵的摩爾質(zhì)量及晶胞中含有鐵原子的個數(shù)及晶胞的體積可求得鐵的密度．

解答： 解：（1）①、Ni是28號元素，價電子數(shù)為10，價電子排布式為3d⁸4s²，故答案為：3d⁸4s²；
②、根據(jù)鎳基合金儲氫后的晶胞結(jié)構(gòu)圖，利用均攤法，可知每個晶胞中含有La原子數(shù)為1、H₂分子數(shù)為2×

1

2

+8×

1

4

=3，所以當(dāng)含1mol La時合金可吸附H₂的數(shù)目為3N_A．故答案為：3N_A；
（2）①對硝基苯酚水合物中含O、N、C、H四種元素，H在第一周期ⅠA族，電負性在這四種元素中最小，而O、N、C都位于第二周期，且原子序數(shù)逐漸減小，根據(jù)元素周期律同周期元素隨著原子序數(shù)的遞增，電負性逐漸增大，可知這四種元素的電負性大小順序為：O＞N＞C＞H，故答案為：O＞N＞C＞H；
②、在C₆H₅NO₃?1.5H₂O中，從熱至94℃時該晶體能失去結(jié)晶水，在空氣中溫度降低又變?yōu)辄S色，可以看出C₆H₅NO₃ 和H₂O之間作用應(yīng)為氫鍵，故答案為：氫鍵；
（3）NaNO₃和Na₂O反應(yīng)后的陰離子應(yīng)含氮元素和氧元素，再根據(jù)和SO₄^2-互為等電子體（即含32個價電子、5個原子）可知該陰離子為

NO

3- 4

，其電子式為：，根據(jù)這一電子式可以看出中心原子N的雜化方式是sp³，故答案為：；sp³；
（4）利用均攤法，可算出金剛石晶體的一個晶胞中的碳原子數(shù)為8×

1

8

+6×

1

2

+4=8，SiO₂結(jié)構(gòu)和金剛石相似，相當(dāng)于把金剛石中的碳換成硅，然后在每兩個硅之間插入一個氧原子，由于金剛石的一個晶胞中含有16個共價鍵，則二氧化硅晶體的一個晶胞中含有32個共價鍵，由于原子晶體中原子之間是以共價鍵結(jié)合的，共價鍵有飽和性和方向性，一個原子不能形成12條共價鍵，所以原子晶體就不能形成配位數(shù)是12的最密堆積結(jié)構(gòu)，
故答案為：8；32； 原子晶體是原子之間是以共價鍵結(jié)合的，共價鍵有飽和性和方向性，一個原子不能形成12條共價鍵，所以原子晶體就不能形成配位數(shù)是12的最密堆積結(jié)構(gòu)；
（5）根據(jù)鐵的摩爾質(zhì)量及晶胞中含有鐵原子的個數(shù)及晶胞的體積可求得鐵的密度．
設(shè)晶胞的邊長為a，
在鐵晶胞中8個在頂點上的原子都不相互接觸，但都與位于正立方體中心的原子接觸，從幾何圖形上說就是相切．因此當(dāng)晶胞左上方的兩個原子（①②）為一上邊，以右下方的兩個原子（③④）為下邊，切過中心原子（⑤）可得一傾斜的平面，平面圖為：，如果畫一個立方體圖就是 ，對角上的兩個原子核間的距離是原子半徑的4倍．根據(jù)勾股定理可以推算出，立方體對角線與邊長的關(guān)系如圖：，所以可得4r=

3

a，即a=

4r

3

，由此得晶胞的體積V=a³=

64r3

3 3

，


由于每個晶胞中含有2個鐵原子，所以鐵的密度ρ=

56×2 NA

V

g/cm³=

21 3

4NAr3

g/cm³，故答案為：

21 3

4NAr3

 g/cm³．

點評：本題主要考查了學(xué)生對晶體結(jié)構(gòu)的掌握情況，同時也考查了軌道雜化、微粒間作用力、電負性、核外電子排布等內(nèi)容，本題的難點在于晶體密度的求算，對學(xué)生空間想象要求較高，對數(shù)學(xué)基本功也有很高的要求，難度較大．