Question

4．血紅蛋白是高等生物體內(nèi)負責運載氧的一種蛋白質（縮寫為HB或HCB）．與正常血紅蛋白相比，硫血紅蛋白不能與氧結合，因此失去攜帶氧的能力．如圖1所示為硫血紅蛋白的結構．請回答下列問題：
（1）硫血紅蛋白中所含非金屬元素中電負性最大元素是O，第一電離能最大的元素的原子是N；
（2）根據(jù)等電子體原理推斷氧元素的一種同素異形體O₃是極性分子（填“極性”或“非極性”）．濃硫酸粘度較大的原因是分子間可以形成氫鍵；
（3）硫血紅蛋白中C的一種的雜化方式為sp²、sp³．在答題卡上用“→”標出N和Fe²⁺形成的配位鍵；
（4）鐵晶體的密堆積方式為體心立方結構，結構如圖2所示，則晶胞中鐵原子的半徑為rpm，列式并計算出該堆積方式的空間利用率68%．

Answer 1

分析 （1）同一周期自左而右電負性增大，同一主族自上而下電負性減��；同主族自上而下，元素的第一電離能減小，同一周期自左而右元素的第一電離能呈增大趨勢，注意同一周期的第ⅡA元素的第一電離能大于第ⅢA族的，第ⅤA族的大于第ⅥA族的；
（2）具有相同原子數(shù)和最外層電子數(shù)的分子或離子叫等電子體，等電子體的結構和性質相似；分子間可以形成氫鍵使物質的粘度增大；
（3）根據(jù)C原子形成的σ鍵數(shù)目判斷雜化類型；N原子最外層有5個電子，只需要形成3條鍵即可達到穩(wěn)定結構，但是圖中形成雙鍵的N原子形成了四條鍵，顯然有一條為配位鍵；
（4）利用均攤法計算晶胞中Fe原子數(shù)目，進而計算Fe原子總體積，位于體對角線上的Fe原子相鄰，據(jù)此計算晶胞的棱長，進而計算晶胞體積，空間利用率=$\frac{原子總體積}{晶胞體積}$×100%．

解答 解：（1）硫血紅蛋白中所含非金屬元素有：C、H、N、O、S，同周期元素從左到右元素的電負性呈增大趨勢，則有電負性C＜N＜O，H的電負性最小，所以電負性最大的是O；
同主族自上而下，元素的第一電離能減小，同一周期自左而右元素的第一電離能呈增大趨勢，但N元素原子2p能級容納3個電子，為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素，故第一電離能最大的元素的原子是N，
故答案為：O；N；
（2）O₃和SO₂是等電子體，SO₂分子為V型分子，正、負電荷中心不重合，是極性分子，等電子體的結構相似，O₃是極性分子；硫酸分子中含有羥基，形成氫鍵，濃硫酸粘度較大的原因是分子間可以形成氫鍵；
故答案為：極性；分子間可以形成氫鍵；
（3）甲基中C原子形成4個σ鍵，采取sp³雜化，形成雙鍵的C原子形成3個σ鍵，采取sp²雜化；
N原子最外層有5個電子，只需要形成3條鍵即可達到穩(wěn)定結構，但是圖中形成雙鍵的N原子形成了四條鍵，顯然有一條為配位鍵，用“→”標出N和Fe²⁺形成的配位鍵為；
故答案為：sp²、sp³；；
（4）體心立方中含有Fe原子數(shù)目為1+8×$\frac{1}{8}$=2個鐵原子，晶胞中鐵原子的體積為：2×$\frac{4}{3}$×π×r³，體心立方中，體對角線上為三個鐵原子相切，則體對角線為4r，晶胞邊長為：$\frac{4r}{\sqrt{3}}$，晶胞體積為：（$\frac{4r}{\sqrt{3}}$r）³，空間利用率為：[（2×$\frac{4}{3}$×π×r³）÷（$\frac{4r}{\sqrt{3}}$r）³]×100%=68%；
故答案為：68%．

點評 本題考查物質結構與性質，涉及元素性質遞變規(guī)律、等電子原理應用、分子性質、配位鍵、晶胞計算等，（4）中計算為易錯點、難點，需要學生具備一定的數(shù)學計算能力，題目難度中等．