Question

金屬鎳、鐵及非金屬元素碳在合金材料、有機合成材料中有廣泛的應用．
請回答下列問題：
（1）Ni原子的核外電子排布式為

 

．
（2）Fe原子的外圍電子排布圖為

 

．
（3）含碳化合物丙烯腈（H₂C=CH-C≡N）分子中碳原子軌道雜化類型為

 

（4）NiO、FeO的晶體類型均與氯化鈉晶體相同，Ni²⁺和Fe²⁺離子半徑分別為69Pm和78Pm，則兩種物質(zhì)的熔點NiO

 

FeO（填“＞”或“＜”），判斷依據(jù)是

 

．
（5）CaC₂晶體的晶胞也與氯化鈉相似，但由于CaC₂晶體中的C₂^2-存在，使晶胞沿一個方向拉長，則CaC₂晶體中1個C₂^2-周圍距離最近且相等的Ca²⁺數(shù)目為

 

，C₂^2-與O₂²⁺互為等電子體，寫出O₂²⁺的電子式

 

．
（6）鐵在一定條件下可形成體心立方堆積的晶體，設鐵原子半徑為r，請用含r的代數(shù)式表示該晶體空間利用率

 

．

Answer 1

考點：晶胞的計算,原子核外電子排布,“等電子原理”的應用,晶體熔沸點的比較,原子軌道雜化方式及雜化類型判斷

專題：化學鍵與晶體結構

分析：（1）鎳屬于28號元素，根據(jù)構造原理可以寫出該原子的核外電子排布式；
（2）Fe的外圍電子為價電子，根據(jù)價電子排布式判斷；
（3）根據(jù)碳原子成鍵類型判斷雜化類型；
（4）根據(jù)離子半徑比較，離子鍵的晶格能，判斷熔沸點；
（5）根據(jù)NaCl晶胞配位數(shù)結合題目中給出的條件判斷配位數(shù)；等電子體的結構相似，故O₂²⁺的電子式與C₂^2-的電子式相似，根據(jù)C₂^2-的電子式判斷；
（6）計算出鐵原子的體積與晶胞體積之比為空間利用率．

解答： 解：（1）鎳屬于28號元素，根據(jù)構造原理可以寫出該原子的核外電子排布式，Ni的核外電子排布式是1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸4s²，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸4s²；
（2）Fe原子價電子排布式為：3d⁶4s²，結合泡利不相容原理，寫出價電子排布圖：，
故答案為：；
（3）結合乙烯結構，可知碳碳雙鍵中碳原子采用sp²雜化；結合乙炔結構可知碳碳三鍵中碳原子采用sp雜化，丙烯腈中含有碳碳雙鍵和碳碳三鍵，碳原子雜化類型為：sp²、sp，故答案為：sp²、sp；
（4）Ni0、Fe0的晶體結構類型均與氯化鈉的相同，說明二者都是離子晶體，離子晶體的熔點與離子鍵的強弱有關，離子所帶電荷數(shù)越多，離子半徑越小，離子鍵越強，熔點越高．由于Ni²⁺的離子半徑小于Fe²⁺的離子半徑，屬于熔點是NiO＞FeO，故答案為：＞；離子半徑大，晶格能小，熔點低；
（5）依據(jù)題目描述：晶胞沿一個方向拉長，即一個平面的長與寬不相等，可知1個C₂^2-周圍距離最近且相等的Ca²⁺數(shù)目不再是6，而為4；等電子體的結構相似，故O₂²⁺的電子式與C₂^2-的電子式相似，C₂^2-含有三對共用電子，O₂²⁺的電子式為，故答案為：4；；
（6）體心立方中含有1+8×

1

8

=2；晶胞中鐵原子的體積為：2×

4

3

×π×r3=

8πr3

3

；體心立方中，體對角線上為三個鐵原子相切，則體對角線為4r，晶胞邊長為：

4

3

r=

4 3

3

r，晶胞體積為：(

4 3

3

r)3，空間利用率為：

8πr3 3

( 4 3 3 r)3

×100%=

3

8

π×100%≈68%，
故答案為：68%．

點評：題目綜合性大，涉及核外電子排布、化學鍵、晶體性質(zhì)、晶胞等，旨在考查學生對基礎知識的掌握，空間利用率難度較．