Question

3．納米技術(shù)制成的金屬燃料、非金屬固體燃料、氫氣等已應(yīng)用到社會(huì)生活和高科技領(lǐng)域．
（1）A和B的單質(zhì)單位質(zhì)量的燃燒熱大，可用作燃料．已知A和B為短周期元素，其原子的第一至第四電離能如下表所示：

電離能kJ•mol-1	I1	I2	I3	I4
A	932	1 821	15 390	21 771
B	738	1 451	7 733	10 540

①某同學(xué)根據(jù)上述信息，某同學(xué)推斷B的核外電子排布如圖1所示，該同學(xué)所畫的電子排布圖違背了能量最低原理．

②根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論，預(yù)測A和氯元素形成的簡單分子空間構(gòu)型為直線形．A原子雜化類型是sp．
（2）氫氣作為一種清潔能源，必須解決它的儲(chǔ)存問題，C₆₀可用作儲(chǔ)氫材料．
①已知金剛石中的C-C的鍵長為154.45pm，C₆₀中C-C鍵長為145～140pm，有同學(xué)據(jù)此認(rèn)識(shí)C₆₀的熔點(diǎn)高于金剛石，你認(rèn)為是否正確不正確理由是因?yàn)镃₆₀構(gòu)成的晶體是分子晶體，影響分子晶體熔點(diǎn)的作用是分子間作用力；而金剛石構(gòu)成的晶體是原子晶體，影響原子晶體熔點(diǎn)的作用是原子間共價(jià)鍵，共價(jià)鍵作用大大與分子間作用力，因此金剛石的熔點(diǎn)高于C₆₀．
②科學(xué)家把C₆₀和K摻雜在一起制造了一種富勒烯化合物，其晶胞如圖2所示，該物質(zhì)在低溫時(shí)是一種超導(dǎo)體．該物質(zhì)的K原子和C₆₀分子的個(gè)數(shù)比為3：1．晶胞中每個(gè)C₆₀分子周圍與之等距離且最近的C₆₀分子數(shù)是6．
③繼C₆₀后，科學(xué)家又合成了Si₆₀、N₆₀；C、Si、N原子電負(fù)性由大到小的順序是N＞C＞Si．Si₆₀分子中每個(gè)硅原子只跟相鄰的3個(gè)硅原子形成共價(jià)鍵，且每個(gè)硅原子最外層都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，則Si₆₀分子中π鍵的數(shù)目為30．
（3）1986年，瑞士兩位科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種性能良好的金屬氧化物超導(dǎo)體，使超導(dǎo)工作取得突破性進(jìn)展，為此兩位科學(xué)家獲得了1987年的Nobel物理學(xué)獎(jiǎng)．其晶胞結(jié)構(gòu)如圖3．
①根據(jù)圖示晶胞結(jié)構(gòu)，推算晶體中Y、Cu、Ba和O原子個(gè)數(shù)比，其化學(xué)式Y(jié)Ba₂Cu₃O₇．
②已知該化合物中各元素的化合價(jià)Y為+3價(jià)，Ba為+2價(jià)，Cu為+2價(jià)和Cu為+3價(jià)，根據(jù)①所推出的化合物的組成，試計(jì)算化合物中這兩種價(jià)態(tài)Cu原子個(gè)數(shù)比2：1．
③Ba²⁺的配位數(shù)為10．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)A、B兩原子的第二、三電離能之間都有1個(gè)突躍，它們都是短周期元素推知元素A和元素B；根據(jù)核外電子排布所遵循的原理找出電子排布圖的錯(cuò)誤，
②根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論，求出價(jià)層電子對(duì)數(shù)，得出分子構(gòu)型及原子的雜化類型；
（2）①根據(jù)分子晶體的熔點(diǎn)與共價(jià)鍵的鍵能無關(guān)；
②根據(jù)晶胞的分配原則計(jì)算出每個(gè)晶胞結(jié)構(gòu)各離子的個(gè)數(shù)，根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu)圖可判斷晶胞中每個(gè)C₆₀分子周圍與之等距離且最近的C₆₀分子數(shù)；
③根據(jù)同一周期，同一主族，元素電負(fù)性變化規(guī)律，比較元素電負(fù)性大��；根據(jù)每個(gè)硅原子最外層才滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，得出每個(gè)硅原子只有$\frac{1}{2}$個(gè)π鍵；
（3）①利用均攤法計(jì)算晶胞的結(jié)構(gòu)；
②利用化合價(jià)代數(shù)和為0計(jì)算；
③根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)圖判斷配位數(shù)．

解答 解：（1）①表中A、B兩原子的第二、三電離能之間都有1個(gè)突躍，說明它們屬于ⅡA族，又它們都是短周期元素，且A的第一電離能比B大，因此，A為Be元素，B為Mg元素，圖1所示電子排布，根據(jù)能量最低原理，最外層兩個(gè)電子應(yīng)全排在s軌道上，
故答案：能量最低原理；
②A和氯元素形成的簡單分子為BeCl₂，根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論 n=$\frac{2+1×2}{2}$=2，分子構(gòu)型為直線形，Be原子按sp方式雜化，
故答案：直線形；sp；
（2）①盡管C₆₀中C-C鍵的鍵能可能大于金剛石，但其熔化時(shí)并不破壞化學(xué)鍵，因此比較鍵能沒有意義，
故答案：不正確；因?yàn)镃₆₀構(gòu)成的晶體是分子晶體，影響分子晶體熔點(diǎn)的作用是分子間作用力；而金剛石構(gòu)成的晶體是原子晶體，影響原子晶體熔點(diǎn)的作用是原子間共價(jià)鍵，共價(jià)鍵作用大大與分子間作用力，因此金剛石的熔點(diǎn)高于C₆₀；
②在晶胞中，K原子在面心上和C₆₀分子在頂點(diǎn)和中心，則其個(gè)數(shù)比為$\frac{12×\frac{1}{2}}{8×\frac{1}{8}+1}$=3：1，根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu)圖可知，以晶胞頂點(diǎn)上的C₆₀為例，C₆₀分子周圍與之等距離且最近的C₆₀分子位于晶胞相鄰的頂點(diǎn)，共有6個(gè)，
故答案：3：1；6；
③同一周期，從左到右，電負(fù)性逐漸增大，同一主族，從上到下，電負(fù)性逐漸減小，因此，原子電負(fù)性由大到小的順序是：N＞C＞Si，根據(jù)題意，每個(gè)硅形成的這3個(gè)鍵中，必然有1個(gè)雙鍵，這樣每個(gè)硅原子最外層才滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)．顯然，雙鍵數(shù)應(yīng)該是Si原子數(shù)的一半，而每個(gè)雙鍵有1個(gè)π鍵，顯然π鍵數(shù)目為30．
故答案：N＞C＞Si；30；
（3）①結(jié)合晶胞圖再根據(jù)均攤法可知，在一個(gè)晶胞中含有Y原子數(shù)為1，Cu原子數(shù)為8×$\frac{1}{4}$+8×$\frac{1}{8}$=3，Ba原子數(shù)為2，O原子數(shù)為的個(gè)數(shù)為8×$\frac{1}{2}$+12×$\frac{1}{4}$=7，所以Y、Cu、Ba和O的個(gè)數(shù)比為1：3：2：7，所以化學(xué)式為YBa₂Cu₃O₇；
故答案為：YBa₂Cu₃O₇；
②根據(jù)化合價(jià)代數(shù)和為0可知，Cu的平均化合價(jià)為+$\frac{2×7-3-2×2}{3}$=+$\frac{7}{3}$，
設(shè)晶胞平均含有x個(gè)Cu²⁺，ygCu³⁺，
則有：$\left\{\begin{array}{l}{x+y=3}\\{2x+3y=2×7-3-2×2}\end{array}\right.$，解之得x=2，y=1，
所以：Cu²⁺：Cu³⁺=2：1．
故答案為：Cu²⁺：Cu³⁺=2：1；
③根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)圖可知，Ba²⁺的周圍距離最近的氧原子有10個(gè)，所以Ba²⁺的配位數(shù)為10，
故答案為：10．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查了電離能、電負(fù)性、電子排布圖、分子的空間構(gòu)型、晶胞的計(jì)算等，試題涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，側(cè)重于物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識(shí)的綜合考查，題目難度中等．