Question

13．早期發(fā)現(xiàn)的一種天然二十面體準晶顆粒由Al、Cu、Fe三種金屬元素組成．回答下列問題：
（1）準晶是一種無平移周期序，但有嚴格準周期位置序的獨特晶體，可通過X射線衍射方法區(qū)別晶體、準晶體和非晶體．
（2）基態(tài)Fe原子有4個未成對電子，F(xiàn)e³⁺的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵．可用硫氰化鉀檢驗Fe³⁺，現(xiàn)象是形成血紅色溶液．
（3）根據(jù)價層電子對互斥理論判斷：SO₄^2-的立體構型為正四面體，H₃O⁺的立體構型為三角錐．
（4）新制的Cu（OH）₂可將乙醛（CH₃CHO）氧化成乙酸，而自身還原成Cu₂O．乙醛中碳原子的雜化軌道為sp³、sp²，1mol乙醛分子中含有的σ鍵的數(shù)目為6N_A．Cu₂O為半導體材料，在其立方晶胞內部有4個氧原子，其余氧原子位于面心和頂點，則該晶胞中有16個銅原子．
（5）Al單質為面心立方晶體，其晶胞如圖．晶胞中鋁原子的配位數(shù)為12．

Answer 1

分析 （1）晶體對X射線發(fā)生衍射，非晶體不發(fā)生衍射，準晶體介于二者之間；
（2）根據(jù)Fe原子的核外電子排布式確定未成對電子數(shù)，失去電子變?yōu)殍F離子時，先失去4s上的電子后失去3d上的電子，硫氰化鐵為血紅色；
（3）根據(jù)價層電子對互斥理論確定其空間構型，價層電子對個數(shù)=σ鍵個數(shù)+孤電子對個數(shù)，據(jù)此分析解答；
（4）乙醛中甲基上的C采取sp³雜化類型，醛基中的C采取sp²雜化類型；1個乙醛分子含有6個σ鍵和一個π鍵；根據(jù)O數(shù)目和Cu₂O中Cu和O的比例計算晶胞中Cu原子的數(shù)目；
（5）在Al晶體的一個晶胞中與它距離相等且最近的Al原子在通過這個頂點的三個面心上，面心占$\frac{1}{2}$，通過一個頂點可形成8個晶胞．

解答 解：（1）從外觀無法區(qū)分三者，但用X光照射揮發(fā)現(xiàn)：晶體對X射線發(fā)生衍射，非晶體不發(fā)生衍射，準晶體介于二者之間，因此通過有無衍射現(xiàn)象即可確定，
故答案為：X射線衍射；
（2）26號元素Fe基態(tài)原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，可知在3d上存在4個未成對電子，失去電子變?yōu)殍F離子時，先失去4s上的2個電子后失去3d上的1個電子，因此Fe³⁺的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵，硫氰化鐵為血紅色，所以硫氰化鉀檢驗Fe³⁺，現(xiàn)象是形成血紅色溶液，
故答案為：4；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵；形成血紅色溶液；
（3）SO₄^2-中心原子S原子成4個σ鍵、沒有孤對電子，價層電子對個數(shù)=σ鍵個數(shù)+孤電子對個數(shù)=4+0=4，雜化軌道數(shù)為4，采取sp³雜化，SO₄^2-的立體構型是正四面體；H₃O⁺的中心原子O價層電子對個數(shù)=3$+\frac{6-1-1×3}{2}$=4，采取sp³雜化，有一對孤電子對，分子構型為三角錐型，
故答案為：正四面體；三角錐；
（4）乙醛中甲基上的C形成4條σ鍵，無孤電子對，因此采取sp³雜化類型，醛基中的C形成3條σ鍵和1條π鍵，無孤電子對，采取sp²雜化類型；1個乙醛分子含有6個σ鍵和一個π鍵，則1mol乙醛含有6molσ鍵，即6N_A個σ鍵；該晶胞中O原子數(shù)為4×1+6×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{8}$=8，由Cu₂O中Cu和O的比例可知該晶胞中銅原子數(shù)為O原子數(shù)的2倍，即為16個；
故答案為：sp³、sp²；6N_A；16；
（5）在Al晶體的一個晶胞中與它距離相等且最近的Al原子在通過這個頂點的三個面心上，面心占$\frac{1}{2}$，通過一個頂點可形成8個晶胞，因此該晶胞中鋁原子的配位數(shù)為8×3×$\frac{1}{2}$=12；
故答案為：12．

點評 本題考查了晶體的性質、原子核外電子排布規(guī)律、共價鍵類型、氫鍵、雜化類型、晶胞配位數(shù)計算，綜合性非常強，題目難度中等，其中晶胞配位數(shù)的計算是本題的難點．