Question

8．鋁及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及日常生活中有重要用途，請完成下列與鋁有關(guān)的問題．
（1）鋁原子的價電子排布式為3s²3p¹，Na、Mg、Al的第一電離能由小到大的順序為Mg＞Al＞Na．
（2）某含有鋁元素的翡翠的化學式為Be₃Al₂[Si₆O₁₈]，其是一種多硅酸鹽，Si原子采用的雜化類型為sp³雜化．
（3）工業(yè)上可用氧化鋁、氮氣、碳在高溫條件下制備一種四面體結(jié)構(gòu)單元的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，其晶胞如圖1：
①制備過程中還會生成一種可燃氣體，則該反應(yīng)的化學方程式為Al₂O₃+N₂+3C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2AlN+3CO．
②該化合物的晶體類型為原子晶體，該晶胞中有4個鋁原子，若該晶胞的邊長為a pm，則該晶胞的密度為$\frac{164}{{N}_{A}×（a×1{0}^{-10}）^{3}}$g．cm³．

（4）AlCl₃的相對分子質(zhì)量為133.5，183℃開始升華，溶于水、乙醚等．其二聚物（Al₂Cl₆）的結(jié)構(gòu)如圖2，其中圖示中1鍵鍵長206 pm，2鍵鍵長221 pm，從鍵的形成角度分析1鍵和2鍵的區(qū)別1鍵為Al、Cl原子分別提供1個電子形成的共價鍵，2鍵為Al原子提供空軌道、Cl原子通過孤對電子形成的配位鍵．
（5）LiAlH₄是一種特殊的還原劑，可將羧酸直接還原成醇．
CH₃COOH$→_{乙醚}^{LiAlH_{4}}$CHCHOH，CH₃COOH分子中σ鍵與π鍵個數(shù)之比7：1，分子中鍵角1＜鍵角2（填“＞”、“=”或“＜”）．

Answer 1

分析 （1）Al元素處于第三周期ⅢA族；同周期隨原子序數(shù)增大，元素第一電離能呈增大趨勢，Mg元素原子3s能級為全滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素的；
（2）Be₃Al₂[Si₆O₁₈]，根據(jù)在化合物中正負化合價代數(shù)和為零，硅元素顯+4，SiO₂中Si原子與O原子形成4個共價鍵，即形成4個σ鍵，硅原子無孤對電子；
（3）①根據(jù)均攤法計算晶胞中Al、N原子數(shù)目，可以確定高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的化學式，結(jié)合元素守恒可知，生成的可燃性氣體為CO；
②該晶體為四面體結(jié)構(gòu)單元的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，屬于原子晶體，根據(jù)均攤法計算晶胞中Al、N原子數(shù)目，再計算晶胞質(zhì)量、晶胞體積，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計算晶胞密度；
（4）氯化鋁屬于分子晶體，Al原子與Cl之間形成3個共價鍵、1個配位鍵；
（5）單鍵為σ鍵，雙鍵含有1個σ鍵、1個π鍵，孤對電子與成鍵電子對排斥力大于成鍵電子對之間排斥力．

解答 解：（1）Al元素處于第三周期ⅢA族，價電子排布式為3s²3p¹；同周期隨原子序數(shù)增大，元素第一電離能呈增大趨勢，Mg元素原子3s能級為全滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素的，故第一電離能：Mg＞Al＞Na，
故答案為：3s²3p¹；Mg＞Al＞Na；
（2）鋁元素顯+3，鈹元素顯+2，氧元素顯-2，設(shè)硅元素的化合價是x，根據(jù)在化合物中正負化合價代數(shù)和為零，則：3×2+（+3）×2+（+x）×6+（-2）×18=0，解得x=+4，硅元素顯+4，SiO₂中Si原子與O原子形成4個共價鍵，即形成4個σ鍵，硅原子無孤對電子，所以Si原子采用的雜化類型為sp³雜化，
故答案為：sp³雜化；
（3）①晶胞中Al原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4、N原子數(shù)目=4，高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的化學式為AlN，結(jié)合元素守恒可知，生成的可燃性氣體為CO，反應(yīng)方程式為：Al₂O₃+N₂+3C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2AlN+3CO，
故答案為：Al₂O₃+N₂+3C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2AlN+3CO；
②該晶體為四面體結(jié)構(gòu)單元的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，屬于原子晶體，晶胞中Al原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4、N原子數(shù)目=4，晶胞質(zhì)量為4×$\frac{41}{{N}_{A}}$g，晶胞體積為（a×10^-10 cm）³，則晶胞密度為4×$\frac{41}{{N}_{A}}$g÷（a×10^-10 cm）³=$\frac{164}{{N}_{A}×（a×1{0}^{-10}）^{3}}$g．cm^-3，
故答案為：原子晶體；4；$\frac{164}{{N}_{A}×（a×1{0}^{-10}）^{3}}$；
（4）氯化鋁屬于分子晶體，Al原子與Cl之間形成3個共價鍵、1個配位鍵，由結(jié)構(gòu)中鍵長可知1鍵與其它Al-Cl鍵長相等，則1鍵為普通共價鍵，1鍵為Al、Cl原子分別提供1個電子形成的共價鍵，2鍵為Al原子提供空軌道、Cl原子通過孤對電子形成的配位鍵，
故答案為：1鍵為Al、Cl原子分別提供1個電子形成的共價鍵，2鍵為Al原子提供空軌道、Cl原子通過孤對電子形成的配位鍵；
（5）單鍵為σ鍵，雙鍵含有1個σ鍵、1個π鍵，故CH₃COOH分子中含有7個σ鍵、1個π鍵，二者數(shù)目之比為7：1，C=O雙鍵中氧原子含有2對孤對電子，由于孤對電子與成鍵電子對排斥力大于成鍵電子對之間排斥力，故分子中鍵角1＜鍵角2，
故答案為：7：1；＜．

點評 本題是對物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及核外電子排布、雜化方式判斷、晶胞計算、化學鍵、價層電子對互斥理論等，是對物質(zhì)結(jié)構(gòu)想綜合考查，注意利用價層電子對互斥理論判斷鍵角大�。�