Question

3．鐵、銅及其化合物在日常生產(chǎn)、生活有著廣泛的應(yīng)用．請回答下列問題：
（1）鐵在元素周期表中的位置第四周期第ⅤⅢ族．
（2）配合物Fe（CO）_x常溫下呈液態(tài)，熔點(diǎn)為-20.5℃，沸點(diǎn)為103℃，易溶于非極性溶劑，據(jù)此可判斷Fe（CO）_x晶體屬于分子晶體（填晶體類型）．Fe（CO）_x的中心原子價(jià)電子數(shù)與配體提供電子數(shù)之和為18，則x=5．Fe（CO）_x在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：
Fe（CO）_x（s）?Fe（s）+xCO（g）．已知反應(yīng)過程中只斷裂配位鍵，由此判斷該反應(yīng)所形成的化學(xué)鍵類型為金屬鍵．
（3）寫出CO的一種常見等電子體分子的結(jié)構(gòu)式N≡N；兩者相比較沸點(diǎn)較高的為CO（填化學(xué)式）．CN^-中碳原子雜化軌道類型為sp雜化，S、N、O三元素的第一電離能最大的為N（用元素符號表示）．
（4）銅晶體中銅原子的堆積方式如圖所示．
①基態(tài)銅原子的核外電子排布式為[Ar]3d¹⁰4s¹ 或1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹．
②每個(gè)銅原子周圍距離最近的銅原子數(shù)目12．
（5）某M原子的外圍電子排布式為3s²3p⁵，銅與M形成化合物的晶胞如附圖所示（黑點(diǎn)代表銅原子）．
①該晶體的化學(xué)式為CuCl．
②已知銅和M的電負(fù)性分別為1.9和3.0，則銅與M形成的化合物屬于共價(jià)（填“離子”、“共價(jià)”）化合物．
③已知該晶體的密度為ρg．cm^-3，阿伏伽德羅常數(shù)為N_A，則該晶體中銅原子和M原子之間的最短距離為$\frac{\sqrt{3}}{4}$$\root{3}{\frac{4×99.5}{ρN{\;}_{A}}}$×10¹⁰pm（只寫計(jì)算式）．

Answer 1

分析 （1）鐵是26號元素，位于周期表中第四周期第ⅤⅢ族；
（2）分子晶體的熔沸點(diǎn)較低；配合物Fe（CO）_x的中心原子是鐵原子，其價(jià)電子數(shù)是8，每個(gè)配體提供的電子數(shù)是2，據(jù)此判斷x值；根據(jù)生成物判斷形成的化學(xué)鍵；
（3）原子數(shù)和價(jià)電子數(shù)相同的微�；�為等電子體；根據(jù)分子的極性判斷，極性分子的沸點(diǎn)較高；根據(jù)C原子價(jià)層電子對個(gè)數(shù)確定雜化方式；一般來說非金屬性越強(qiáng)，第一電離能越大，但是因?yàn)閜軌道半充滿體系具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，會有特例，如N的p軌道本來就是半充滿的，O的p軌道失去一個(gè)電子才是半充滿的，所以O(shè)比N容易失去電子；
（4）①銅為29號元素，據(jù)此寫出基態(tài)銅原子的核外電子排布式；
②根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)圖可知，銅為面心立方堆積，據(jù)此判斷每個(gè)銅原子周圍距離最近的銅原子數(shù)目；
（5）根據(jù)價(jià)電子排布式判斷出X原子為Cl原子；
①利用均攤法計(jì)算得出；
②根據(jù)電負(fù)性差值判斷化合物類型；
③計(jì)算出一個(gè)晶胞中微粒數(shù)，利用化合物的摩爾質(zhì)量和密度計(jì)算出晶胞邊長，根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu)可知，銅原子和M原子之間的最短距離為立方體體對角線的$\frac{1}{4}$．

解答 解：（1）鐵是26號元素，位于周期表中第四周期第ⅤⅢ族，
故答案為：第四周期第ⅤⅢ族；
（2）分子晶體的熔沸點(diǎn)較低，根據(jù)題給信息知，該物質(zhì)的熔沸點(diǎn)較低，所以為分子晶體，配合物Fe（CO）_x的中心原子是鐵原子，其價(jià)電子數(shù)是8，每個(gè)配體提供的電子數(shù)是2，8+2x=18，x=5，F(xiàn)e（CO）₅在一定條件下發(fā)生分解反應(yīng)：Fe（CO）₅=Fe（s）+5CO，反應(yīng)生成Fe，所以形成的化學(xué)鍵為金屬鍵，
故答案為：分子晶體；5；金屬鍵；
（3）原子數(shù)和價(jià)電子數(shù)相同的微�；�為等電子體，則CO的一種常見等電子體分子的結(jié)構(gòu)式為N≡N；根據(jù)分子的極性判斷，極性分子的沸點(diǎn)較高，CO為極性分子，所以CO的沸點(diǎn)較高；CN^-中C原子價(jià)層電子對個(gè)數(shù)=1+$\frac{1}{2}$（4+1-1×3）=2，所以采取sp雜化；一般來說非金屬性越強(qiáng)，第一電離能大，但是因?yàn)閜軌道半充滿體系具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性．N的p軌道本來就是半充滿的．O的p軌道失去一個(gè)電子才是半充滿的．所以C、N、O三元素的第一電離能由大到小的順序?yàn)镹＞O＞C，即N的第一電離能最大，
故答案為：N≡N；CO；sp雜化；N；
（4）①銅為29號元素，基態(tài)銅原子的核外電子排布式為[Ar]3d¹⁰4s¹ 或1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，
故答案為：[Ar]3d¹⁰4s¹ 或1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹；
②根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)圖可知，銅為面心立方堆積，所以每個(gè)銅原子周圍距離最近的銅原子位于經(jīng)過該原子的立方體的面的面心上，共有12個(gè)，
故答案為：12；
（5）根據(jù)價(jià)電子排布式判斷出X原子為Cl原子；
①由晶胞結(jié)構(gòu)可知，Cu原子處于晶胞內(nèi)部，晶胞中含有4個(gè)Cu原子，Cl原子屬于頂點(diǎn)與面心上，晶胞中含有Cl原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，故化學(xué)式為CuCl，
故答案為：CuCl；
②電負(fù)性差值大于1.7原子間易形成離子鍵，小于1.7原子間形成共價(jià)鍵，銅與X的電負(fù)性分別為1.9和3.0，差值為1.1小于1.7，形成共價(jià)鍵，
故答案為：共價(jià)；
③一個(gè)晶胞的摩爾質(zhì)量為4×99.5g/mol，晶胞摩爾體積為$\frac{4×99.5}{ρ}$cm³，晶胞的邊長為$\root{3}{\frac{4×99.5}{ρN{\;}_{A}}}$cm，根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu)可知，銅原子和M原子之間的最短距離為立方體體對角線的$\frac{1}{4}$，而體對角線為晶胞邊長的$\sqrt{3}$倍，所以銅原子和M原子之間的最短距離為$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{4×99.5}{ρN{\;}_{A}}}$cm=$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{4×99.5}{ρN{\;}_{A}}}$×10¹⁰pm，
故答案為：$\frac{\sqrt{3}}{4}$$\root{3}{\frac{4×99.5}{ρN{\;}_{A}}}$×10¹⁰．

點(diǎn)評 本題考查較為全面，涉及到電子排布式、第一電離能、雜化類型的判斷、配合物以及有關(guān)晶體的計(jì)算，但解題具有較強(qiáng)的方法性和規(guī)律性，學(xué)習(xí)中注意總結(jié)書寫電子排布式的方法，如何判斷分子空間構(gòu)型以及有關(guān)晶體計(jì)算等方法．