Question

5．錳的單質(zhì)及其化合物的用途非常廣泛．回答下列問題：
（1）基態(tài)錳原子的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s²（或[Ar]3d⁵4s²），其d軌道中未成對(duì)電子數(shù)為5．
（2）MnO的熔點(diǎn)（1650℃）比MnS的熔點(diǎn)（1610℃）高，它們都屬于離子晶體．前者熔點(diǎn)較高的原因是MnO的晶格能大．
（3）錳的一種配合物的化學(xué)式為Mn（BH₄）₂（THF）₃，THF的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式如圖1所示．

①與Mn²⁺形成配位鍵的原子為O（填元素符號(hào)）．
②BH₄^-的空間構(gòu)型為正四面體，其中B原子的雜化軌道類型為sp³．
③寫出兩種與BH₄^-互為等電子體的分子或離子：CH₄（SiH₄或NH₄⁺）．
（4）一種磁性材料的單晶胞結(jié)構(gòu)如圖2所示．
①該晶胞中碳原子的原子坐標(biāo)為（$\frac{1}{2}$，$\frac{1}{2}$，$\frac{1}{2}$）．
②Mn在晶體中的堆積方式為面心立方最密（填“簡(jiǎn)單立方”“體心立方”“面心立方最密”或“六方最密“） 堆積．
③若該晶胞的邊長(zhǎng)為a pm，N_A表示阿伏加德羅常數(shù)的數(shù)值，則該晶體密度的表達(dá)式為ρ=$\frac{296}{{N}_{A}×（a×1{0}^{-10}）^{3}}$g/cm³．

Answer 1

分析 （1）Mn位于周期表中第4周期，VIIB族，其核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s²（或[Ar]3d⁵4s²），d軌道上電子數(shù)為5，5個(gè)d電子分占5個(gè)g軌道時(shí)，能量較低；
（2）MnO的熔點(diǎn)（1650℃）比MnS的熔點(diǎn)（1610℃）高，二者熔點(diǎn)較高，應(yīng)為離子晶體，離子晶體晶格能越大，熔點(diǎn)越高；
（3）①與Mn²⁺形成配位鍵的配體應(yīng)為THF，即四氫呋喃，為有機(jī)配體，在四氫呋喃中，O原子上存在孤電子對(duì)，Mn²⁺提供空軌道，二者形成配位鍵；
②根據(jù)VSEPR理論和雜化軌道理論判斷BH₄^-的空間構(gòu)型和中心B原子的雜化軌道類型；
③求等電子體常采用的方法是上下左右平移元素，同時(shí)調(diào)電子數(shù)來確定，需保證原子個(gè)數(shù)相同；
（4）①根據(jù)晶胞圖，晶胞中A原子的原子坐標(biāo)為（0，0，0），為坐標(biāo)原點(diǎn)，根據(jù)建立的空間直角坐標(biāo)系，C原子位于立方晶胞體心，根據(jù)立體幾何知識(shí)求出C原子的原子坐標(biāo)；
②Mn在晶胞中均處于面心，據(jù)此判斷Mn在晶體中的堆積方式；
③根據(jù)晶體密度公式ρ=$\frac{z{M}_{r}}{{N}_{A}V}$計(jì)算，其中z為一個(gè)晶胞的粒子數(shù)，Mr為一個(gè)粒子的相對(duì)質(zhì)量，V為一個(gè)晶胞的體積．

解答 解：（1）Mn位于周期表中第4周期，VIIB族，其核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s²（或[Ar]3d⁵4s²），d軌道上電子數(shù)為5，5個(gè)d電子分占5個(gè)g軌道時(shí)，能量較低，則d軌道中未成對(duì)電子數(shù)為5，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s²（或[Ar]3d⁵4s²）；5；
（2）MnO的熔點(diǎn)（1650℃）比MnS的熔點(diǎn)（1610℃）高，二者熔點(diǎn)較高，應(yīng)為離子晶體，離子晶體晶格能越大，熔點(diǎn)越高，則MnO熔點(diǎn)較高的原因是：MnO的晶格能大，
故答案為：離子；MnO的晶格能大；
（3）①與Mn²⁺形成配位鍵的配體應(yīng)為THF，即四氫呋喃，為有機(jī)配體，在四氫呋喃中，O原子上存在孤電子對(duì)，Mn²⁺提供空軌道，二者形成配位鍵，則與Mn²⁺形成配位鍵的原子為O，
故答案為：O；
②對(duì)于BH₄^-，根據(jù)VSEPR理論，中心B原子的配位原子數(shù)為BP=4，孤電子對(duì)數(shù)為L(zhǎng)P=$\frac{3-1×4+1}{2}$=0，則其價(jià)電子對(duì)數(shù)為VP=BP+LP=4+0=4，根據(jù)雜化軌道理論，中心B原子的雜化類型為sp³，粒子空間構(gòu)型為正四面體，
故答案為：正四面體；sp³；
③等電子體是指原子數(shù)目相同，價(jià)電子數(shù)目也相同的粒子，則與BH₄^-互為等電子體的分子或離子有CH₄（SiH₄或NH₄⁺），
故答案為：CH₄（SiH₄或NH₄⁺）；
（4）①根據(jù)晶胞圖，晶胞中A原子的原子坐標(biāo)為（0，0，0），為坐標(biāo)原點(diǎn)，根據(jù)建立的空間直角坐標(biāo)系，C原子位于立方晶胞體心，根據(jù)立體幾何知識(shí)不難求出C原子的原子坐標(biāo)為（$\frac{1}{2}$，$\frac{1}{2}$，$\frac{1}{2}$），
故答案為：（$\frac{1}{2}$，$\frac{1}{2}$，$\frac{1}{2}$）；
②Mn在晶胞中均處于面心，則Mn在晶體中的堆積方式為面心立方最密堆積，
故答案為：面心立方最密；
③取1mol晶胞，則含有N_A個(gè)晶胞，立方晶胞中，頂點(diǎn)粒子占$\frac{1}{8}$，面心粒子占$\frac{1}{2}$，晶胞內(nèi)部粒子為整個(gè)晶胞所有，則一個(gè)晶胞中，C原子數(shù)目為1，Mn原子數(shù)目為$6×\frac{1}{2}$=3，Sn原子數(shù)目為$8×\frac{1}{8}$=1，則1mol晶胞的質(zhì)量為m=1×12+3×55+1×119=296g，一個(gè)晶胞的體積為V₀=a³pm³=a³×10^-30cm³，則晶體的密度為$ρ=\frac{m}{{N}_{A}缺{V}_{0}}$=$\frac{296}{{N}_{A}×（a×1{0}^{-10}）^{3}}$g/cm³，
故答案為：$\frac{296}{{N}_{A}×（a×1{0}^{-10}）^{3}}$g/cm³．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考察物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識(shí)，包含核外電子排布式，晶格能的比較，配位鍵的形成，價(jià)層電子對(duì)互斥理論，雜化軌道理論，等電子體原理，原子坐標(biāo)的書寫，晶體密度的計(jì)算．題目涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，對(duì)于原子坐標(biāo)，記住“1”即“0”，本題難度中等．