Question

14．第四周期過(guò)渡金屬及其化合物在合金材料以及催化劑等方面應(yīng)用廣泛．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）鎳在周期表中的位置第四周期第Ⅷ族，F(xiàn)e²⁺的價(jià)電子有6種不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子．
（2）NiO、FeO的晶體結(jié)構(gòu)類型均與氯化鈉的相同，Ni²⁺和Fe²⁺的離子半徑分別為69pm和78pm，則熔點(diǎn)FeO＜NiO （填“＜”或“＞”），解釋原因NiO和FeO均為離子晶體，它們的陰陽(yáng)離子所帶電荷均相同，但Ni²⁺半徑小，因而NiO晶體晶格能大，所以熔沸點(diǎn)高于FeO；
（3）通過(guò)X射線推測(cè)膽礬中既含有配位鍵，又含有氫鍵，其結(jié)構(gòu)示意圖可簡(jiǎn)單表示如圖1：
①礬的化學(xué)式用配合物的形式表示為[Cu（H₂O）₄]SO₄•H₂O．
②實(shí)驗(yàn)測(cè)得冰中氫鍵的作用力為18.5kJ/mol，而冰的熔化熱為5.0kJ/mol，這說(shuō)明氫鍵沒(méi)有完全被破壞；
（4）鐵有δ、γ、α三種同素異形體，各晶胞如圖2：
①則δ、γ、α三種晶胞中鐵原子的配位數(shù)之比為4：6：3．
②設(shè)α-Fe晶胞邊長(zhǎng)為a cm，δ-Fe晶胞邊長(zhǎng)為b cm，計(jì)算確定α-Fe和δ-Fe兩種晶體的密度比為：b³：2a³．（用a、b的代數(shù)式表示）
③如已知γ型晶體鐵的密度為ag/cm³，鐵的摩爾質(zhì)量為bg/mol，則鐵原子的半徑r=$\frac{\sqrt{2}}{4}$×$\root{3}{\frac{4b}{a{N}_{A}}}$cm（列式計(jì)算，NA表示阿伏伽德羅常數(shù)值）

Answer 1

分析 （1）鎳在周期表中的位置：第四周期第Ⅷ族，F(xiàn)e²⁺的價(jià)電子排布式為3d⁶；
（2）離子所帶電荷相同，陰離子均為氧離子，陽(yáng)離子離子半徑越大，晶格能越小，熔點(diǎn)越低；
（3）①Cu²⁺與水分子之間形成配位鍵，硫酸根與水分子之間形成氫鍵，配離子之間通過(guò)氫鍵理解；
②實(shí)驗(yàn)測(cè)得冰中氫鍵的作用力為18.5kJ/mol，而冰的熔化熱為5.0kJ/mol，說(shuō)明氫鍵沒(méi)有完全破壞；
（4）①δ-Fe為體心立方密堆積，配位數(shù)為8，γ-Fe為面心立方密堆積，配位數(shù)為12，α=Fe為簡(jiǎn)單立方堆積，配位數(shù)為6；
②利用均攤法計(jì)算晶胞中Fe原子數(shù)目，進(jìn)而計(jì)算晶胞質(zhì)量，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算晶胞密度；
③利用均攤法計(jì)算晶胞中Fe原子數(shù)目，進(jìn)而計(jì)算晶胞質(zhì)量，根據(jù)V=$\frac{m}{ρ}$計(jì)算晶胞體積，晶胞棱長(zhǎng)=$\root{3}{V}$，處于面對(duì)角線上的原子相鄰，則4r=$\root{3}{V}$×$\sqrt{2}$．

解答 解：（1）鎳在周期表中的位置：第四周期第Ⅷ族，F(xiàn)e²⁺的價(jià)電子排布式為3d⁶，價(jià)電子有6種不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子，故答案為：第四周期第Ⅷ族；6；
（2）NiO和FeO均為離子晶體，它們的陰陽(yáng)離子所帶電荷均相同，但Ni²⁺半徑小，因而NiO晶體晶格能大，所以熔沸點(diǎn)高于FeO，
故答案為：＜；NiO和FeO均為離子晶體，它們的陰陽(yáng)離子所帶電荷均相同，但Ni²⁺半徑小，因而NiO晶體晶格能大，所以熔沸點(diǎn)高于FeO；
（3）①Cu²⁺與水分子之間形成配位鍵，硫酸根與水分子之間形成氫鍵，配離子之間通過(guò)氫鍵理解，膽礬的化學(xué)式為：[Cu（H₂O）₄]SO₄•H₂O，故答案為：[Cu（H₂O）₄]SO₄•H₂O；
②實(shí)驗(yàn)測(cè)得冰中氫鍵的作用力為18.5kJ/mol，而冰的熔化熱為5.0kJ/mol，說(shuō)明氫鍵沒(méi)有完全破壞，故答案為：氫鍵沒(méi)有完全被破壞；
（4）①δ-Fe為體心立方密堆積，配位數(shù)為8，γ-Fe為面心立方密堆積，配位數(shù)為12，α=Fe為簡(jiǎn)單立方堆積，配位數(shù)為6，則δ、γ、α三種晶胞中鐵原子的配位數(shù)之比為8：12：6=4：6：3，故答案為：4：6：3；
②設(shè)α-Fe晶胞邊長(zhǎng)為a cm，體積為（a cm）³，晶胞中Fe原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$=1，晶胞質(zhì)量為$\frac{56}{{N}_{A}}$g，故晶體密度為$\frac{56}{{N}_{A}}$g÷（a cm）³=$\frac{56}{{a}^{3}{N}_{A}}$g/cm³，
δ-Fe晶胞邊長(zhǎng)為b cm，體積為（b cm）³，晶胞中Fe原子數(shù)目為1+8×$\frac{1}{8}$=2，晶胞質(zhì)量為$\frac{2×56}{{N}_{A}}$g，故晶體密度為為$\frac{2×56}{{N}_{A}}$g÷（b cm）³=$\frac{2×56}{^{3}{N}_{A}}$g/cm³，
則α-Fe和δ-Fe兩種晶體的密度比為 $\frac{56}{{a}^{3}{N}_{A}}$g/cm³：$\frac{2×56}{^{3}{N}_{A}}$g/cm³=b³：2a³，
故答案為：b³：2a³；
③γ型晶體鐵晶胞中Fe原子數(shù)目為6×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{8}$=4，晶胞質(zhì)量為$\frac{4×b}{{N}_{A}}$g，γ型晶體鐵的密度為ag/cm³，晶胞體積為$\frac{4×b}{{N}_{A}}$g÷ag/cm³=$\frac{4b}{a{N}_{A}}$cm³，則晶胞棱長(zhǎng)=$\root{3}{\frac{4b}{a{N}_{A}}}$cm，處于面對(duì)角線上的原子相鄰，則4r=$\root{3}{\frac{4b}{a{N}_{A}}}$cm×$\sqrt{2}$，故r=$\frac{\sqrt{2}}{4}$×$\root{3}{\frac{4b}{a{N}_{A}}}$cm，
故答案為：$\frac{\sqrt{2}}{4}$×$\root{3}{\frac{4b}{a{N}_{A}}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的考查，涉及核外電子排布、晶體類型與性質(zhì)、配合物、氫鍵、晶胞計(jì)算等，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與一定的數(shù)學(xué)計(jì)算能力，難度中等．