Question

7．決定物質性質的重要因素是物質結構．請回答下列問題：
（1）已知A和B為第三周期元素，其原子的第一至第四電離能如表所示：

電離能/kJ•mol-1	I1	I2	I3	I4
A	578	1817	2745	11578
B	738	1451	7733	10540

A通常顯+3價，A的電負性＞B的電負性（填“＞”、“＜”或“=”）；
（2）紫外光的光子所具有的能量約為399kJ•mol^-1．根據下表有關蛋白質分子中重要化學鍵的信息，說明人體長時間照射紫外光后皮膚易受傷害的原因紫外光具有的能量比蛋白質分子中主要化學鍵C-C、C-N、C-S的鍵能都大，紫外光的能量足以使這些化學鍵斷裂，從而破壞蛋白質分子；組成蛋白質的最簡單的氨基酸中的碳原子雜化類型是sp²、sp³；

共價鍵	C-C	C-N	C-S
鍵能/kJ•mol-1	347	305	259

（3）實驗證明：KCl、MgO、CaO、TiN這4種晶體的結構與NaCl晶體結構相似（如圖所示），已知3種離子晶體的晶格能數據如表：

離子晶體	NaCl	KCl	CaO
晶格能/kJ•mol-1	786	715	3401

則該4種離子晶體（不包括NaCl）熔點從高到低的順序是：TiN＞MgO＞CaO＞KCl；
其中MgO晶體中一個Mg²⁺周圍和它最鄰近且等距離的Mg²⁺有12個；
（4）[LiC₆₀]PF₆與NaCl具有類似的晶胞結構（[LiC₆₀]⁺表示1個Li⁺位于1個C₆₀內部）．[LiC₆₀]PF₆晶體中包含的化學鍵有BCD（填字母）；
A．金屬鍵         B．離子鍵         C．極性鍵   D．非極性鍵       E．范德華力
已知[LiC₆₀]PF₆晶體晶胞邊長為a nm，計算[LiC₆₀]PF₆晶體的密度為$\frac{3488}{（a×1{0}^{-7}）^{3}{N}_{A}}$g/cm³（用含a、N_A的式子表示）．

Answer 1

分析 （1）A和B為第三周期元素，根據其電離能知，A第三電離能和第四電離能相差較大，說明A最外層有3個電子，為Al元素；B第二電離能和第三電離能相差較大，說明B原子最外層有2個電子，為Mg元素；
主族元素最高正化合價與其族序數相等但O、F元素除外；同一周期元素，元素電負性隨著原子序數增大而增大；
（2）光子能量大于C-C、C-N、C-S鍵的鍵能，從而導致這些化學鍵易斷裂；根據價層電子對互斥理論確定碳原子雜化類型；
（3）離子晶體中晶格能越大其熔沸點越高，晶格能與電荷成正比、與半徑成反比；根據氯化鈉中鈉離子配位數確定MgO中鎂離子配位數；
（4）同種非金屬元素以形成非極性共價鍵、不同非金屬元素易形成極性共價鍵、陰陽離子之間易形成離子鍵，含有空軌道和含有孤電子對的原子之間易形成配位鍵；
根據氯化鈉晶胞知，該晶胞中（[LiC₆₀]⁺、PF₆^-個數都是4，邊長anm=a×10^-7cm，體積為（a×10^-7）³cm³，密度$ρ=\frac{m}{M}$．

解答 解：（1）A和B為第三周期元素，根據其電離能知，A第三電離能和第四電離能相差較大，說明A最外層有3個電子，為Al元素；B第二電離能和第三電離能相差較大，說明B原子最外層有2個電子，為Mg元素；
主族元素最高正化合價與其族序數相等但O、F元素除外，所以A通常顯+3價；同一周期元素，元素電負性隨著原子序數增大而增大，所以電負性Mg＜Al，
故答案為：+3；＞；
（2）光子能量大于C-C、C-N、C-S鍵的鍵能，紫外光的能量足以使這些化學鍵斷裂，從而破壞蛋白質分子；
蛋白質分子中部分碳原子價層電子對個數是3、部分是4，價層電子對個數是3的碳原子采用sp²雜化、價層電子對個數是4的原子采用sp³雜化，故答案為：紫外光具有的能量比蛋白質分子中主要化學鍵C-C、C-N、C-S的鍵能都大，紫外光的能量足以使這些化學鍵斷裂，從而破壞蛋白質分子；sp²、sp³；
（3）離子晶體中晶格能越大其熔沸點越高，晶格能與電荷成正比、與半徑成反比，晶格能大小順序是TiN＞MgO＞CaO＞KCl，所以這幾種晶體熔沸點高低順序是TiN＞MgO＞CaO＞KCl；
氯化鈉晶胞中鈉離子周圍最近且距離相等的鈉離子個數是3×8×$\frac{1}{2}$=12，根據氯化鈉晶胞結構知，MgO晶體中一個Mg²⁺周圍和它最鄰近且等距離的Mg²⁺有12個；
故答案為：TiN＞MgO＞CaO＞KCl；12；
（4）同種非金屬元素以形成非極性共價鍵、不同非金屬元素易形成極性共價鍵、陰陽離子之間易形成離子鍵，含有空軌道和含有孤電子對的原子之間易形成配位鍵，該化學式中C-C之間存在非極性鍵、P-B之間存在極性鍵、陰陽離子之間存在離子鍵；
根據氯化鈉晶胞知，該晶胞中（[LiC₆₀]⁺、PF₆^-個數都是4，邊長anm=a×10^-7cm，體積為（a×10^-7）³cm³，密度$ρ=\frac{m}{M}$=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{V}$=$\frac{\frac{872}{{N}_{A}}×4}{（a×1{0}^{-7}）^{3}}$g/cm³=$\frac{3488}{（a×1{0}^{-7}）^{3}{N}_{A}}$g/cm³，
故答案為：BCD；$\frac{3488}{（a×1{0}^{-7}）^{3}{N}_{A}}$．

點評 本題考查晶胞計算、原子雜化、晶格能、電離能等知識點，為高考高頻點，側重考查學生分析計算能力，難點是晶胞計算，知道計算密度時$\frac{M}{{N}_{A}}$的含義是解（4）題關鍵，題目難度中等．