Question

13．（1）與鐵同周期的所有副族元素的基態(tài)原子中，最外層電子數(shù)與鐵相同的元素有5種．
（2）某鐵的化合物結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式如圖1所示
①組成上述化合物各元素原子電負(fù)性由大到小的順序?yàn)镺＞N＞C＞H＞Fe
②上述化合物中氮原子的雜化方式為sp²、sp³
③在圖中用“→”標(biāo)出亞鐵離子的配位鍵．
（3）單質(zhì)鐵的晶體在不同溫度下有兩種堆積方式，晶胞分別如圖2所示，面心立方晶胞和體心立方晶胞中實(shí)際含有的鐵原子個(gè)數(shù)之比為2：1．面心立方堆積與體心立方堆積的兩種鐵晶體的密度之比為4$\sqrt{2}$：3$\sqrt{3}$（寫出已化簡(jiǎn)的比例式即可）．
（4）氮化硼（BN）晶體有多種相結(jié)構(gòu)．六方相氮化硼（晶體結(jié)構(gòu)如圖3）是通常存在的穩(wěn)定相，可作高溫潤滑劑．立方相氮化硼（晶體結(jié)構(gòu)如圖4）是超硬材料，有優(yōu)異的耐磨性．
①六方相氮化硼晶體內(nèi)B-N鍵數(shù)與硼原子數(shù)之比為3：1．其結(jié)構(gòu)與石墨相似卻不導(dǎo)電，原因是立方氮化硼晶體內(nèi)無自由移動(dòng)的電子．
②立方相氮化硼晶體中，每個(gè)硼原子連接12個(gè)六元環(huán)．該晶體的天然礦物在青藏高原地下約300km的古地殼中被發(fā)現(xiàn)．根據(jù)這一礦物形成事實(shí)，推斷實(shí)驗(yàn)室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的條件應(yīng)是高溫、高壓．

Answer 1

分析 （1）Fe原子的電子排布式是1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，與鐵同周期的所有副族元素的基態(tài)原子中，最外層電子數(shù)與鐵相同的元素的3d軌道電子數(shù)為1、2、3、5、10；
（2）①非金屬性越強(qiáng)，元素的電負(fù)性越大；
②化合物中形成C=N雙鍵的N原子形成2個(gè)σ鍵，含有1對(duì)孤電子對(duì)，而形成單鍵的N原子，形成2個(gè)σ鍵，含有2對(duì)孤電子對(duì)，雜化軌道數(shù)目分別為3、4；
③C=N雙鍵的N原子有1對(duì)孤對(duì)電子與亞鐵離子之間形成配位鍵，另外N原子帶1個(gè)單位負(fù)電荷，與亞鐵離子之間形成離子鍵；
（3）利用均攤法計(jì)算晶胞中Fe原子個(gè)數(shù)；根據(jù)密度公式ρ=$\frac{\frac{M}{NA}×Fe原子個(gè)數(shù)}{V}$；
（4）①六方相氮化硼晶體層內(nèi)一個(gè)硼原子與相鄰氮原子形成3個(gè)共價(jià)單鍵，該物質(zhì)的層狀結(jié)構(gòu)中不存在自由移動(dòng)的電子；
②氮化硼與碳元素的單質(zhì)相似，結(jié)合金剛石的結(jié)構(gòu)進(jìn)行判斷，立方相氮化硼晶體中，每個(gè)硼原子連接12個(gè)六元環(huán)，在地殼內(nèi)部，離地面越深，其壓強(qiáng)越大、溫度越高．

解答 解：（1）Fe原子的電子排布式是1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，與鐵同周期的所有副族元素的基態(tài)原子中，最外層電子數(shù)與鐵相同的元素的3d軌道電子數(shù)為1、2、3、5、10，還有5種，
故答案為：5；
（2）①非金屬性越強(qiáng)，元素的電負(fù)性越大，則電負(fù)性O(shè)＞N＞C＞H＞Fe，
故答案為：O＞N＞C＞H＞Fe；
②化合物中形成C=N雙鍵的N原子形成2個(gè)σ鍵，含有1對(duì)孤電子對(duì)，而形成單鍵的N原子，形成2個(gè)σ鍵，含有2對(duì)孤電子對(duì)，雜化軌道數(shù)目分別為3、4，N原子采取sp²、sp³雜化，
故答案為：sp²、sp³；
③C=N雙鍵的N原子有1對(duì)孤對(duì)電子與亞鐵離子之間形成配位鍵，另外N原子帶1個(gè)單位負(fù)電荷，與亞鐵離子之間形成離子鍵，標(biāo)出亞鐵離子的配位鍵為，
故答案為：
（3）利用均攤法計(jì)算晶胞中Fe原子個(gè)數(shù)，面心立方晶胞中Fe原子個(gè)數(shù)=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4、體心立方晶胞中Fe原子個(gè)數(shù)=1+8×$\frac{1}{8}$=2，
所以二者Fe原子個(gè)數(shù)之比=4：2=2：1；
設(shè)Fe原子半徑為rcm，面心立方晶胞半徑=2$\sqrt{2}$rcm，其體積=（2$\sqrt{2}$rcm）³，體心立方晶胞半徑=$\frac{4\sqrt{3}}{3}$rcm，體積=（$\frac{4\sqrt{3}}{3}$rcm）³，
其密度之比=$\frac{\frac{M}{NA}×4}{（2\sqrt{2}rcm）^{3}}$：$\frac{\frac{M}{NA}×2}{（\frac{4\sqrt{3}}{3}rcm）^{3}}$=4$\sqrt{2}$：3$\sqrt{3}$，
故答案為：2：1；4$\sqrt{2}$：3$\sqrt{3}$；
（4）①六方相氮化硼晶體層內(nèi)一個(gè)硼原子與相鄰氮原子形成3個(gè)共價(jià)單鍵，六方相氮化硼晶體內(nèi)B-N鍵數(shù)與硼原子數(shù)之比為3：1，該物質(zhì)的層狀結(jié)構(gòu)中不存在自由移動(dòng)的電子，所以不導(dǎo)電，
故答案為：3：1；立方氮化硼晶體內(nèi)無自由移動(dòng)的電子；
②氮化硼與金剛石的結(jié)構(gòu)相似，立方相氮化硼晶體中，每個(gè)硼原子連接12個(gè)六元環(huán)，在地殼內(nèi)部，離地面越深，其壓強(qiáng)越大、溫度越高，根據(jù)題干知，實(shí)驗(yàn)室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的條件應(yīng)是高溫高壓，
故答案為：12；高溫、高壓．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及核外電子排布、雜化方式、配合物、晶胞計(jì)算等，配位鍵判斷為易錯(cuò)點(diǎn)，掌握均攤法進(jìn)行晶胞計(jì)算，需要學(xué)生具備一定的數(shù)學(xué)計(jì)算能力，側(cè)重考查學(xué)生分析計(jì)算及空間想象能力，注意Fe晶胞面心立方和體心立方區(qū)別，題目有一定難度．