Question

【化學(xué)--進(jìn)修3：物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)】
Ⅰ．氫能的存儲(chǔ)是氫能應(yīng)用的主要瓶頸，配位氫化物、富氫載體化合韌是目前所采用的主要儲(chǔ)氫材料．
（1）Ti（BH₄）₂是一種過(guò)渡元素硼氫化物儲(chǔ)氫材料．在基態(tài)Ti²⁺中，電子占據(jù)的最高能層符號(hào)為

 

，該能層具有的原子軌道數(shù)為

 

；
（2）液氨是富氫物質(zhì)，是氫能的理想載體，利用N₂+3H₂?2NH₃實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)氫和輸氫．下列說(shuō)法正確的是（　�。�
a．NH₃分子中氮原子的軌道雜化方式為sp²雜化
b．NH⁺₄與PH⁺₄、CH₄、BH^-₄、ClO^-₄互為等電子體
c．相同壓強(qiáng)時(shí)，NH₃的沸點(diǎn)比PH₃的沸點(diǎn)高
d．[Cu（NH₃）₄]²⁺離子中，N原子是配位原子
（3）已知NF₃與NH₃的空間構(gòu)型相同，但NF₃不易與Cu²⁺形成配離子，其原因是

 

；
Ⅱ．氯化鈉是生活中的常用調(diào)味品，也是結(jié)構(gòu)化學(xué)中研究離子晶體時(shí)常用的代表物，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示．
（1）設(shè)氯化鈉晶體中Na⁺與跟它最近鄰的Cl^-之間的距離為r，則該Na⁺與跟它次近鄰的Cl^-個(gè)數(shù)為，該Na⁺與跟它次近鄰的Cl^-之間的距離為

 

；
（2）已知在氯化鈉晶體中Na⁺的半徑為以a pm，Cl^-的半徑為b pm，它們?cè)诰�體中是緊密接觸的，則在氯化鈉晶體中離子的空間利用率為

 

；（用含a、b的式子袁示）
（3）納米材料的表面原子占總原子數(shù)的比例很大，這是它有許多特殊性質(zhì)的原因．假設(shè)某氯化鈉顆粒形狀為立方體，邊長(zhǎng)為氯化鈉晶胞的10倍，則該氯化鈉顆粒中表面原子占總原子數(shù)的百分比為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：晶胞的計(jì)算,配合物的成鍵情況,原子軌道雜化方式及雜化類型判斷

專題：化學(xué)鍵與晶體結(jié)構(gòu)

分析：Ⅰ（1）寫(xiě)出Ti²⁺核外電子排布式，判斷其最高能層和該能層下的原子軌道數(shù)；
（2）a．根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論確定雜化方式；
b．等電子體為原子數(shù)相等和價(jià)電子數(shù)相等的原子團(tuán)；
c．分子間存在氫鍵的熔沸點(diǎn)高；
d．提供孤電子對(duì)的原子是配原子；
（3）根據(jù)配合物結(jié)構(gòu)判斷，Cu²⁺提供空軌道，NH₃和NF₃中中心原子N原子提供孤電子對(duì)，根據(jù)NH₃和NF₃中共用電子對(duì)的偏轉(zhuǎn)判斷；
Ⅱ（1）根據(jù)NaCl晶體結(jié)構(gòu)判斷：Na⁺位于頂點(diǎn)與它次近鄰的Cl^-位于晶胞的體心位置，據(jù)此判斷次近鄰的Cl^-數(shù)目和距離；
（2）NaCl晶胞為面心立方密堆積，則晶胞的邊長(zhǎng)為（2a+2b）pm，計(jì)算出Na⁺和Cl^-所占體積和晶胞體積，從而計(jì)算出空間利用率；
（3）氯化鈉顆粒邊長(zhǎng)為晶胞邊長(zhǎng)的10倍，則每條邊含有的原子數(shù)為21個(gè)，則總原子數(shù)為21的立方，表面原子總數(shù)為總原子數(shù)減去內(nèi)部總原子數(shù)，內(nèi)部原子總數(shù)相當(dāng)于剝掉了一層晶胞，即顆粒內(nèi)部每條邊有19個(gè)原子，則內(nèi)部原子總是為19的立方，據(jù)此計(jì)算該氯化鈉顆粒中表面原子占總原子數(shù)的百分比．

解答： 解：Ⅰ．（1）基態(tài)Ti²⁺價(jià)電子排布式為：3d²，最高能層為M層，該能層下含有1個(gè)3s軌道、3個(gè)3p軌道和5個(gè)3d軌道，共有9個(gè)原子軌道，
故答案為：M、9；
（2）a．NH₃分子中N原子含有3個(gè)共用電子對(duì)和一個(gè)孤電子對(duì)，所以其價(jià)層電子對(duì)是4，采用sp³雜化，故a錯(cuò)誤；
b．等電子體為原子數(shù)相等和價(jià)電子數(shù)相等的原子團(tuán)，NH⁺₄與PH⁺₄、CH₄、BH^-₄均含有5個(gè)原子團(tuán)，且價(jià)電子均為8，為等電子體，而ClO^-₄價(jià)電子數(shù)為32，不屬于等電子體，故b錯(cuò)誤；
c．分子間存在氫鍵的熔沸點(diǎn)高，相同壓強(qiáng)時(shí)，氨氣中含有氫鍵，PH₃中不含氫鍵，所以NH₃沸點(diǎn)比PH₃高，故c正確；
d．提供孤電子對(duì)的原子是配原子，[Cu（NH₃）₄]²⁺離子中，N原子提供孤對(duì)電子，N原子為配原子，故d正確；
故選：cd；
（3）根據(jù)配合物結(jié)構(gòu)判斷，Cu²⁺提供空軌道，NH₃和NF₃中中心原子N原子提供孤電子對(duì)，由于N、F、H三種元素的電負(fù)性為F＞N＞H，在NF₃中，共用電子對(duì)偏向F，偏離N原子，使得氮原子上的孤電子對(duì)難于與Cu²⁺形成配位鍵，
故答案為：N、F、H三種元素的電負(fù)性為F＞N＞H，在NF₃中，共用電子對(duì)偏向F，偏離N原子，使得氮原子上的孤電子對(duì)難于與Cu²⁺形成配位鍵；
Ⅱ．（1）Na⁺位于頂點(diǎn)，被8個(gè)晶胞共有，即Na⁺與跟它次近鄰的Cl^-個(gè)數(shù)為8；Na⁺與跟它次近鄰的Cl^-之間的距離為晶胞體對(duì)角線的一半，距離為

3

r，
故答案為：8、

3

r；
（2）晶胞中共含有4個(gè)Na⁺和4個(gè)Cl^-，體積為：

4

3

π（a³+b³）×4，晶胞的邊長(zhǎng)為a+b，晶胞體積為（2a+2b）³，氯化鈉晶體中離子的空間利用率為

4π 3 (a3+b3)×4

(2a+2b)3

×100%=

2π

3

×

(a3+b3)

(a+b)3

×100%，
故答案為

2π

3

×

(a3+b3)

(a+b)3

×100%；
（3）氯化鈉顆粒邊長(zhǎng)為晶胞邊長(zhǎng)的10倍，則每條邊含有的原子數(shù)為21個(gè)，則總原子數(shù)為21的立方，表面原子總數(shù)為總原子數(shù)減去內(nèi)部總原子數(shù)，內(nèi)部原子總數(shù)相當(dāng)于剝掉了一層晶胞，即顆粒內(nèi)部每條邊有19個(gè)原子，則內(nèi)部原子總是為19的立方，該氯化鈉顆粒中表面原子占總原子數(shù)的百分比為

213-193

213

×100%=26%，
故答案為：26%．

點(diǎn)評(píng)：本題考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，涉及核外電子排布、雜化方式的判斷、空間構(gòu)型的判斷、晶胞的計(jì)算等知識(shí)點(diǎn)，難點(diǎn)是晶胞的計(jì)算和氯化鈉顆粒中表面原子占總原子數(shù)的百分比的計(jì)算，靈活運(yùn)用公式是解本題關(guān)鍵，難度中等．