Question

【題目】層狀復(fù)合金屬氫氧化物（簡稱“層狀氫氧化物”），主體層板由二元（或多元）金屬氫氧化物層構(gòu)成，層間陰離子可以被其他陰離子取代，因此可以作為離子交換劑，在材料、化工、醫(yī)藥和環(huán)境保護(hù)等方面有著廣泛的用途。鎂鋁碳酸根型水滑石是人們最早發(fā)現(xiàn)的層狀氫氧化物。回答下列問題：

（1）下列狀態(tài)的鎂中，電離最外層一個(gè)電子所需能量最小的是___________(填標(biāo)號(hào)）。

A.B.C.D.

（2）一種水滑石的化學(xué)式為Mg4Al2(OH)12CO3H2O.其層板結(jié)構(gòu)如圖1。CO32-中碳的雜化類型是____。在圖中最小的一個(gè)二維菱形晶胞（以圖中Al為頂點(diǎn)）中含有___________個(gè)Al3+。每個(gè)鎂氧八面體周圍有_______________個(gè)相鄰鋁氧八面體和_______________個(gè)相鄰鎂氧八面體。

（3）水滑石中氫氧化物層的OH-和層間陰離子間的主要作用力為_______________，水滑石作為離子交換劑，去除水體中陰離子去除效果依次為：PO43->CrO42->NO3-，其原因是___________

（4）當(dāng)加熱到一定溫度時(shí)，水滑石類化合物會(huì)發(fā)生分解，部分產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為尖晶石結(jié)構(gòu)的MgxAlyOz，晶體結(jié)構(gòu)如圖2所示，它的化學(xué)式為___________;A塊、B塊均為邊長為apm的立方體，設(shè)阿伏加德羅常數(shù)為NA，則最近的兩個(gè)Al離子之間的距離為___________pm，密度為___________gcm-3(列出計(jì)算表達(dá)式）。

Answer 1

【答案】D sp2 1 3 3 氫鍵 陰離子帶電荷越高，受到吸引力越強(qiáng) MgAl2O4 a

【解析】

(1)根據(jù)電子排布圖得出粒子狀態(tài)，3p軌道的電子能量高于3s，第二電離能大于第一電離能，據(jù)此分析解答；

(2)計(jì)算CO32-中C原子的價(jià)電子對(duì)數(shù)和孤電子對(duì)數(shù)，判斷C原子的雜化方式，結(jié)合側(cè)板結(jié)構(gòu)圖分析各微粒個(gè)數(shù)；

(3)OH-和層間陰離子間可形成氫鍵，根據(jù)陰離子所帶電荷與受到的吸引力之間的關(guān)系進(jìn)行分析解答；

(4)利用均攤法計(jì)算晶胞中個(gè)原子的個(gè)數(shù)，利用公式，結(jié)合立體幾何知識(shí)進(jìn)行計(jì)算。

(1)BC微粒都是Mg原子失去一個(gè)電子后得到的，但是C微粒能量高于B，穩(wěn)定性B＞C，所以失電子能量B＞C；AD都是原子，但是A是基態(tài)、D是激發(fā)態(tài)，能量：D＞A，穩(wěn)定性A＞D，所以失去一個(gè)電子能量：A＞D；B為Mg+、A為Mg原子，B再失去電子所需能量就是Mg原子的第二電離能，A失去一個(gè)電子的能量是Mg原子的第一電離能，其第二電離能大于第一電離能，所以電離最外層一個(gè)電子所需能量B＞A，因此，電離最外層一個(gè)電子所需能量最小的是D，故答案為：D。

(2)CO32-中C原子的價(jià)電子對(duì)數(shù)為，不含孤電子對(duì)，則其雜化類型為sp2雜化，在圖1中，以圖中Al為頂點(diǎn)，最小的一個(gè)二維菱形晶胞中含有1個(gè)Al3+。每個(gè)鎂氧八面體周圍有3個(gè)相鄰鋁氧八面體和3個(gè)相鄰鎂氧八面體，故答案為：sp2；1；3；3；

(3)水滑石中的氫氧化物層的OH-和層間陰離子間可形成氫鍵，由于陰離子帶電荷越高，受到吸引力越強(qiáng)，陰離子所帶電荷數(shù)PO43->CrO42->NO3-，所以水滑石作為離子交換劑，去除水體中陰離子去除效果依次為：PO43->CrO42->NO3-，故答案為：氫鍵；陰離子帶電荷越高，受到吸引力越強(qiáng)；

(4)根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)示意圖可知，O2-占據(jù)晶胞的頂點(diǎn)、面心、棱心和體心，其個(gè)數(shù)為，Mg2+位于晶胞的體內(nèi)，個(gè)數(shù)為2，Al3+位于晶胞的體內(nèi)、棱心和面心，其個(gè)數(shù)為，因此其化學(xué)式為MgAl2O4，已知A塊、B塊均為邊長為apm的立方體，則最近的兩個(gè)Al離子之間的距離為，一個(gè)晶胞的質(zhì)量，體積V=2a3×10-30cm3，則密度，故答案為：。