Question

3．表是元素周期表的一部分．表中所列的字母分別代表一種化學(xué)元素．

試回答下列問題（凡涉及的物質(zhì)均用化學(xué)式表示）：
（1）a的氫化物的分子構(gòu)型為三角錐形，中心原子的雜化形式為sp³；d的最高價氧化物的分子構(gòu)型為平面正三角形，中心原子的雜化形式為sp²，該分子是非極性（填“極性”或“非極性”）分子．
（2）b、d、e三種元素的氫化物中的沸點最高的是HF，原因是：只有HF中含有氫鍵．
（3）將g的無水硫酸鹽溶解于水中，溶液呈藍(lán)色，是因為生成了一種呈藍(lán)色的配合離子，寫出該配合離子的結(jié)構(gòu)簡式（必須將配位鍵表示出來）．
（4）f（NH₃）₅BrSO₄可形成兩種配合物，已知f³⁺的配位數(shù)是6，為確定f的配合物的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)對兩種配合物進(jìn)行如下實驗：在第一種配合物的溶液中加BaCl₂ 溶液時，產(chǎn)生白色沉淀，在第二種配合物溶液中加入BaCl₂溶液時，則無明顯現(xiàn)象，第二種配合物的化學(xué)式為[Co（NH₃）₅SO₄]Br，該配合物的配體是NH₃、SO₄^2-；
（5）c單質(zhì)晶體中原子的堆積方式如圖甲所示，其晶胞特征如圖乙所示，原子之間相互位置關(guān)系的平面圖如圖丙所示．

c單質(zhì)晶體中原子的配位數(shù)為12．若已知c的原子半徑為r，N_A代表阿伏加德羅常數(shù)，c的相對原子質(zhì)量為M．該晶體的密度為$\frac{M}{4\sqrt{2}{r}^{3}{N}_{A}}$（用字母表示）．

Answer 1

分析 根據(jù)元素在周期表中的位置知，a-g分別是N、F、Al、S、Cl、Co、Cu元素，
（1）a是N元素，a的氫化物是氨氣，氨氣分子中N原子價層電子對個數(shù)是3且含有一個孤電子對，根據(jù)價層電子對互斥理論判斷N原子雜化方式、氨氣分子空間構(gòu)型；
d是S元素，S元素的最高價氧化物是三氧化硫，三氧化硫分子中價層電子對個數(shù)是3且不含孤電子對，根據(jù)價層電子對互斥理論判斷三氧化硫分子空間構(gòu)型及原子雜化方式，正負(fù)電荷重心重合的分子為非極性分子，不重合的分子為極性分子；
（2）F、S、Cl三種元素的氫化物中，含有氫鍵的氫化物沸點最高；
（3）將Cu的無水硫酸鹽溶解于水中，溶液呈藍(lán)色，是因為生成了一種呈藍(lán)色的配合離子，銅離子含有空軌道、水分子中O原子含有孤電子對，二者形成配位鍵，配位鍵由含有孤電子對的原子指向含有空軌道的原子；
（4）Co（NH₃）₅BrSO₄可形成兩種配合物，已知Co³⁺的配位數(shù)是6，為確定Co的配合物的結(jié)構(gòu)，配合物外界能電離出自由移動的離子，現(xiàn)對兩種配合物進(jìn)行如下實驗：在第一種配合物的溶液中加BaCl₂ 溶液時，產(chǎn)生白色沉淀，說明外界中含有硫酸根離子，在第二種配合物溶液中加入BaCl₂溶液時，則無明顯現(xiàn)象，說明外界中不含硫酸根離子，因為配合物的配位數(shù)是6，所以第二種配合物的配體是氨氣、硫酸根離子，外界是溴離子；
（5）Al單質(zhì)晶體中原子的堆積方式如圖甲所示，其晶胞特征如圖乙所示，原子之間相互位置關(guān)系的平面圖如圖丙所示，Al原子配位數(shù)=3×8×$\frac{1}{2}$；Al原子的半徑為r，晶胞棱長=2$\sqrt{2}$r，體積=（2$\sqrt{2}$r）³，該晶胞中Al原子個數(shù)=$8×\frac{1}{8}+6×\frac{1}{2}$=4，密度=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{V}$．

解答 解：根據(jù)元素在周期表中的位置知，a-g分別是N、F、Al、S、Cl、Co、Cu元素，
（1）a是N元素，a的氫化物是氨氣，氨氣分子中N原子價層電子對個數(shù)是3且含有一個孤電子對，根據(jù)價層電子對互斥理論知N原子雜化方式為sp³、氨氣分子空間構(gòu)型為三角錐形；
d是S元素，S元素的最高價氧化物是三氧化硫，三氧化硫分子中價層電子對個數(shù)是3且不含孤電子對，根據(jù)價層電子對互斥理論知三氧化硫分子空間構(gòu)型為平面正三角形，S原子雜化方式sp²，該分子正負(fù)電荷重心重合，所以為非極性分子，
故答案為：三角錐形；sp³；平面正三角形；sp²；非極性分子；
（2）F、S、Cl三種元素的氫化物中，含有氫鍵的氫化物沸點最高，只有HF中含有氫鍵，所以熔沸點最高的是HF，故答案為：HF；只有HF中含有氫鍵；
（3）將Cu的無水硫酸鹽溶解于水中，溶液呈藍(lán)色，是因為生成了一種呈藍(lán)色的配合離子，銅離子含有空軌道、水分子中O原子含有孤電子對，二者形成配位鍵，配位鍵由含有孤電子對的原子指向含有空軌道的原子，則該配離子為，故答案為：；
（4）Co（NH₃）₅BrSO₄可形成兩種配合物，已知Co³⁺的配位數(shù)是6，為確定Co的配合物的結(jié)構(gòu)，配合物外界能電離出自由移動的離子，現(xiàn)對兩種配合物進(jìn)行如下實驗：在第一種配合物的溶液中加BaCl₂ 溶液時，產(chǎn)生白色沉淀，說明外界中含有硫酸根離子，在第二種配合物溶液中加入BaCl₂溶液時，則無明顯現(xiàn)象，說明外界中不含硫酸根離子，因為配合物的配位數(shù)是6，所以第二種配合物的配體是氨氣、硫酸根離子，外界是溴離子，其化學(xué)式為[Co（NH₃）₅SO₄]Br，
故答案為：[Co（NH₃）₅SO₄]Br；NH₃；SO₄^2-；
（5）Al單質(zhì)晶體中原子的堆積方式如圖甲所示，其晶胞特征如圖乙所示，原子之間相互位置關(guān)系的平面圖如圖丙所示，Al原子配位數(shù)=3×8×$\frac{1}{2}$=12；
Al原子的半徑為r，晶胞棱長=2$\sqrt{2}$r，體積=（2$\sqrt{2}$r）³，該晶胞中Al原子個數(shù)=$8×\frac{1}{8}+6×\frac{1}{2}$=4，密度=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{V}$=$\frac{M}{4\sqrt{2}{r}^{3}{N}_{A}}$，
故答案為：12；$\frac{M}{4\sqrt{2}{r}^{3}{N}_{A}}$．

點評 本題考查位置結(jié)構(gòu)性質(zhì)相互關(guān)系及應(yīng)用，涉及晶胞計算、原子雜化方式判斷、配位鍵、氫鍵等知識點，這些都是高頻考點，難點是晶胞計算，注意外界和內(nèi)界區(qū)別及配位鍵表示方法，題目難度中等．