Question

12．血紅素是血紅蛋白分子上的主要穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，為血紅蛋白、肌紅蛋白的輔基，其分子結(jié)構(gòu)如圖．
（1）基態(tài)鐵原子中有26種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全不同的電子，基態(tài)鐵原子價(jià)層電子排布式為3d⁶4s²．
（2）血紅素的中心離子配位數(shù)為4，血紅素分子結(jié)構(gòu)中碳原子的雜化方式為sp²和sp³．
（3）血紅素的組成元素中，第一電離能最大的是N．由血紅素的組成元素所組成的離子中與NH₃互為等電子體的是H₃O⁺．
（4）相同條件下，C、O、N三種非金屬元素所對(duì)應(yīng)的最簡(jiǎn)單的氫化物的沸點(diǎn)由高到低的順序?yàn)镠₂O＞NH₃＞CH₄．
（5）下列說(shuō)法正確的是ABC．
A．CH₄和NH${\;}_{4}^{+}$鍵角相同               
B．H₂O、O₃分子都是折線形
C．每個(gè)CO₂、HCN分子中都含有兩個(gè)σ鍵和兩個(gè)π鍵
D．每個(gè)龍腦分子（）中有3個(gè)手性碳原子．
（6）對(duì)于某種鐵的同素異形體用晶體X射線衍射法測(cè)定得到以下結(jié)果：該種鐵晶體晶胞為面心立方最密堆積，晶胞邊長(zhǎng)為a cm，又知道該種鐵晶體的密度為ρg/cm³，這種Fe的相對(duì)原子質(zhì)量為m，阿伏伽徳羅常數(shù)為$\frac{4m}{ρ{a}^{3}}$（列式表示即可）．

Answer 1

分析 （1）核外有多少電子，就有多少種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同的電子，基態(tài)鐵原子核外有26個(gè)電子，根據(jù)核外電子排布規(guī)律書(shū)寫(xiě)基態(tài)原子的電子排布式，根據(jù)基態(tài)鐵原子核外電子排布書(shū)寫(xiě)價(jià)層電子排布式；
（2）血紅素的中心離子為Fe²⁺，配位數(shù)指與鐵離子共價(jià)的原子，根據(jù)雜化理論分析碳原子的雜化方式；
（3）同一主族元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而減小，同一周期元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而增大，注意同一周期的第ⅡA元素的第一電離能大于第ⅢA族，第ⅤA族的大于第ⅥA族；原子數(shù)總數(shù)相同、電子總數(shù)相同的微粒，互稱為等電子體；
（4）分子之間存在氫鍵沸點(diǎn)升高，同類型，相對(duì)分子質(zhì)量越大，沸點(diǎn)越高；
（5）A．根據(jù)CH₄和NH₄⁺的微�？臻g結(jié)構(gòu)判斷鍵角；
B．根據(jù)雜化理論分析H₂O、O₃分子空間結(jié)構(gòu)；
C．單鍵為σ鍵和雙鍵為σ鍵和π鍵，三鍵含1個(gè)σ鍵和2個(gè)π鍵；
D．有機(jī)分子中碳原子連四個(gè)不同的原子或原子團(tuán)時(shí)，稱為不對(duì)稱碳原子（或手性碳原子）；
（6）鐵的晶胞為面心立方最密堆積，則晶胞中含有鐵的數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，邊長(zhǎng)為a cm，則晶胞的體積為（acm）³，以此可計(jì)算1cm³鐵晶體中含有晶胞的數(shù)目，結(jié)合ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算阿伏伽德羅常數(shù)．

解答 解：（1）Fe元素為26號(hào)元素，原子核外有26個(gè)電子，所以核外電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，核外有26個(gè)電子，有26種完全不同的電子，基態(tài)Fe原子核外處在能量最高的能級(jí)為3d，3d上存在4個(gè)未成對(duì)電子，所以基態(tài)鐵原子價(jià)層電子為3d⁶4s²，
故答案為：26；3d⁶4s²；
（2）血紅素的中心離子為Fe²⁺，與鐵離子共價(jià)的原子有4個(gè)，所以配位數(shù)為4，血紅素分子結(jié)構(gòu)中碳原子有甲基、亞甲基、碳碳雙鍵、碳氧雙鍵、碳氮單鍵，所以其雜化為sp²和sp³，
故答案為：4；sp²和sp³；
（3）血紅素中含有C、H、O、N、Fe五種元素，同一周期元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而增大，As和Fe屬于同一周期，第一電離能As＞Fe，同一主族元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而減小，N和As屬于同一主族，所以第一電離能N＞As、，C、N、O屬于同一周期，但第五主族元素的第一電離能大于第六主族元素的，所以C、N、O三種元素的第一電離能由小到大的順序是C、O、N；氫元素的第一電離能最小，所以血紅素的組成元素中，第一電離能最大的是N，NH₃為4原子10電子微粒，由血紅素的組成元素所組成的離子與氨氣等電子體的為：H₃O⁺，
故答案為：N；H₃O⁺；
（4）C、O、N三種非金屬元素所對(duì)應(yīng)的最簡(jiǎn)單的氫化物分別為：CH₄、H₂O、NH₃，都形成分子晶體，H₂O、NH₃分子之間存在氫鍵，CH₄分子間不能形成氫鍵，H₂O相對(duì)分子質(zhì)量最大，故沸點(diǎn)：H₂O＞NH₃＞CH₄，
故答案為：H₂O＞NH₃＞CH₄；
（5）A．CH₄和NH₄⁺都為正四面體結(jié)構(gòu)，鍵角都為109.18′相同，故A正確；
B．H₂O中O原子的價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)=2+$\frac{1}{2}$（6-2×1）=4且含有2個(gè)孤電子對(duì)，所以O(shè)原子采用sp³雜化，其空間構(gòu)型為V形（折線形）結(jié)構(gòu)；O₃中價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)都是3且都含有一對(duì)孤電子對(duì)，所以分子空間構(gòu)型都是V形（折線形），都是折線形，故B正確；
C．CO₂結(jié)構(gòu)式為O=C=O，每個(gè)CO₂含有兩個(gè)σ鍵和兩個(gè)π鍵，HCN結(jié)構(gòu)式為H-C≡N，每個(gè)HCN分子含有兩個(gè)σ鍵和兩個(gè)π鍵，故C正確；
D．龍腦分子（中只有與羥基相連的碳原子為手性碳原子，故D錯(cuò)誤；
故答案為：ABC；
（6）鈣的晶胞為面心立方最密堆積，則晶胞中含有Ca的數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，邊長(zhǎng)為558pm，邊長(zhǎng)為a cm，則晶胞的體積為（acm）³，
則1cm³鐵晶體中含有晶胞的數(shù)目為$\frac{1}{{a}^{3}}$，ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{mg/mol×4}{{N}_{A}}}{{a}^{3}c{m}^{3}}$=ρg•cm^-3，
N_A=$\frac{4m}{ρ{a}^{3}}$，故答案為：$\frac{4m}{ρ{a}^{3}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查了基態(tài)原子的核外電子排布、鍵角、氫化物的沸點(diǎn)、配位鍵等知識(shí)，題目難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，注意把握血紅素分子結(jié)構(gòu)獲取解題信息．