Question

9．釩（₂₃V）廣泛用于催化及鋼鐵工業(yè)，我國四川的攀枝花和河北的承德有豐富的釩礦資源．回答下列問題：
（1）釩原子的外圍電子排布式為3d³4s²，所以在元素周期表中它應位于VB族．
（2）V₂O₅常用作SO₂轉化為SO₃的催化劑．當SO₂氣態(tài)為單分子時，分子中S原子δ電子對有3對，S原子的雜化軌道類型為sp²，分子的立體構型為V形；SO₃的三聚體環(huán)狀結構如圖1所示，此氧化物的分子式應為S₃O₉，該結構中S-O鍵長有a、b兩類，b的鍵長大于a的鍵長的原因為形成b鍵的氧原子與兩個S原子結合，作用力較��；

（3）V₂O₅溶解在NaOH溶液中，可得到釩酸鈉（Na₃VO₄），該鹽陰離子中V的雜化軌道類型為sp³；以得到偏釩酸鈉，其陰離子呈如圖2所示的無限鏈狀結構，則偏釩酸鈉的化學式為NaVO₃；
（4）釩的某種氧化物晶胞結構如圖3所示．該氧化物的化學式為VO₂，若它的晶胞參數(shù)為xnm，則晶胞的密度為$\frac{1.66×1{0}^{19}}{{N}_{A}{x}^{3}}$g•cm^-3．

Answer 1

分析 （1）由題意知，釩的核電荷數(shù)為23，則可以推知釩在元素周期表中的位置為第4周期ⅤB族，根據核外電子的軌道能量排布順序知，1s＜2s＜2p＜3s＜3p＜4s＜3d＜4p，因此推斷其電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s²，注意由于4s軌道能量比3d軌道能量低，因此先排4s軌道，因此其價層電子排布式為3d³4s²，以此書寫電子排布式；
（2）SO₂分子中S原子形成2個δ鍵，孤電子對數(shù)為$\frac{6-2×2}{2}$=1，SO₃氣態(tài)為單分子，該分子中S原子形成3個δ鍵，沒有孤對電子，SO₃的三聚體中S原子形成4個δ鍵，以此判斷空間構型和雜化類型；SO₃的三聚體屬于分子結構，一個分子中含有3個S原子和9個O原子，鍵長越大鍵能越小；
（3）VO₄^3-中，V形成4個δ鍵，孤電子對數(shù)為$\frac{5+3-4×2}{2}$=0，為正四面體結構，由鏈狀結構可知每個V與3個O形成陰離子，且V的化合價為+5價，以此判斷形成的化合物的化學式；
（4）由晶胞可知，V位于頂點和體心，O有4個位于面心，2個位于體心，根據晶胞$ρ=\frac{m}{V}$計算．

解答 解：（1）由題意知，釩的核電荷數(shù)為23，則可以推知釩在元素周期表中的位置為第4周期ⅤB族，根據核外電子的軌道能量排布順序知，1s＜2s＜2p＜3s＜3p＜4s＜3d＜4p，因此推斷其電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s²，注意由于4s軌道能量比3d軌道能量低，因此先排4s軌道，因此其價層電子排布式為3d³4s²，則電子排布式為
3d³4s²，
故答案為：3d³4s²；V；    
（2）SO₂分子中S原子形成2個δ鍵，孤電子對數(shù)為$\frac{6-2×2}{2}$=1，SO₂分子中S原子價層電子對數(shù)是3，為V形結構，SO₃氣態(tài)為單分子，該分子中S原子形成3個δ鍵，沒有孤對電子，則為sp²雜化；SO₃的三聚體屬于分子結構，一個分子中含有3個S原子和9個O原子，故分子式為S₃O₉，形成b鍵的氧原子與兩個S原子結合，作用力較小，鍵能較小，鍵能越小鍵長越大；
故答案為：3；sp²；V形；S₃O₉；形成b鍵的氧原子與兩個S原子結合，作用力較��；    
（3）VO₄^3-中，V形成4個δ鍵，孤電子對數(shù)為$\frac{5+3-4×2}{2}$=0，雜化方式為sp³，空間構型為正四面體結構，由鏈狀結構可知每個V與3個O形成陰離子，且V的化合價為+5價，則形成的化合物化學式為NaVO₃，
故答案為：sp³；NaVO₃；
（4）由晶胞可知，V位于頂點和體心，陽離子個數(shù)為1+8×$\frac{1}{8}$=2，O有4個位于面心，2個位于體心，則陰離子個數(shù)為4×$\frac{1}{2}$+2=4，陰陽離子數(shù)目之比為4：2=2：1，該氧化物的化學式為VO₂；晶胞邊長為xnm=x×10^-7cm，晶胞體積V=10^-21x³cm³，一個晶胞的質量m=$\frac{51×2+16×4}{{N}_{A}}$，則密度$ρ=\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{166}{{N}_{A}}}{1{0}^{-21}{x}^{3}}$=$\frac{1.66×1{0}^{19}}{{N}_{A}{x}^{3}}$．
故答案為：VO₂；$\frac{1.66×1{0}^{19}}{{N}_{A}{x}^{3}}$．

點評 本題綜合考查物質的結構和性質，側重于學生的分析能力的考查，注意把握雜化類型以及價層電子數(shù)的判斷，難度中等．