Question

12．化学中的某些元素与生命活动密不可分．请回答下列问题：
（1）（NH₄）₂SO₄是一种重要的化学肥料，其中N、S原子的杂化方式分别是sp³、sp³，SO₄^2-的空间构型为正四面体．
（2）钙是儿童生长不可缺少的元素，基态钙原子中，电子没有全充满的能层是M能层和N能层．
（3）蛋白质中含有N、P等元素，它们分别形成的简单气态氢化物键角大小关系是NH₃＞PH₃（用化学式表示），原因是中心原子的电负性N＞P，使得NH₃中成键电子对偏向中心N原子，成键电子对间产生的斥力增大，键角增大．
（4）金属铁、镍及其形成的许多化合物常用作催化剂．已知NiO、FeO的晶体类型均与氯化钠晶体相同，熔点 NiO＞FeO，推测 Ni²⁺和 Fe²⁺离子半径的大小关系是r（Ni²⁺）＜r（Fe²⁺），作出判断的依据是NiO、FeO都是离子晶体，熔点NiO＞FeO，NiO的离子键能较大，阴离子相同，且阴、阳离子所带电荷数相同，所以r（Ni²⁺）＜r（Fe²⁺）．
（5）某金属是抗癌药物中的明星元素，其晶体中原子的堆积方式如图所示．晶胞中金属原子的配位数为12．若已知金属的摩尔质量为M g/mol，阿伏加德罗常数为N_A，原子半径为r pm，则该晶胞的密度为 p=$\frac{\frac{4M}{{N}_{A}}}{（2\sqrt{2}×1{0}^{-10}）^{3}}$ g/cm³．（用含M、N_A、r的计算式表示，不用化简）

Answer 1

分析 （1）根据价层电子对互斥理论确定N、S原子杂化方式及SO₄^2-的空间构型；
（2）Ca原子的M能层有8个电子和N能层有2个电子；
（3）根据电负性以及成键电子对的排斥作用分析；
（4）离子半径越小，电荷越多，离子晶体的晶格能越大，熔沸点越高；
（5）由晶胞图可知，该晶体中原子的堆积方式为面心立方最密堆积，其配位数为12；设其变长为acm，则a²+a²=（4r×10^-10）²，V=a³，ρ=$\frac{m}{V}$．

解答 （1）（NH₄）₂SO₄中铵根离子中N原子价层电子对个数是4、SO₄^2-中S原子价层电子对个数是4，所以N、S原子杂化方式都是sp³杂化，SO₄^2-中S原子价层电子对个数是4，没有孤电子对，则应为正四面体结构；
故答案为：sp³、sp³；正四面体；
（2）Ca原子的M能层有8个电子和N能层有2个电子，M层排满应该是18个电子，N层排满应该是32个电子，所以没有排满的电子层为M能层和N能层；
故答案为：M能层和N能层；
（3）已知元素的非金属性N＞P，非金属性越强，其电负性越强，则中心原子的电负性N＞P，N的电负性较强吸引电子能力较强，使得NH₃中成键电子对偏向中心N原子，成键电子对间产生的斥力增大，键角增大，所以键角NH₃＞PH₃；
故答案为：NH₃＞PH₃；中心原子的电负性N＞P，使得NH₃中成键电子对偏向中心N原子，成键电子对间产生的斥力增大，键角增大；
（4）Ni0、Fe0的晶体结构类型均与氯化钠的相同，说明二者都是离子晶体，离子晶体的熔点与晶格能有关，离子所带电荷数越多，离子半径越小，晶格能越大，熔点越高．由于Ni²⁺的离子半径小于Fe²⁺的离子半径，所以熔点是NiO＞FeO，
故答案为：r（Ni²⁺）＜r（Fe²⁺）；NiO、FeO都是离子晶体，熔点NiO＞FeO，NiO的离子键能较大，阴离子相同，且阴、阳离子所带电荷数相同，所以r（Ni²⁺）＜r（Fe²⁺）；
（5）由晶胞图可知，该晶体中原子的堆积方式为面心立方最密堆积，其配位数为12；
设其变长为acm，则a²+a²=（4r×10^-10）²，V=a³=（2$\sqrt{2}$r×0^-10）³，
晶胞中原子数为$\frac{1}{2}$×6+$\frac{1}{8}$×8=4，晶胞的质量为m=$\frac{4M}{{N}_{A}}$，
所以ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{4M}{{N}_{A}}}{（2\sqrt{2}×1{0}^{-10}）^{3}}$；
故答案为：$\frac{\frac{4M}{{N}_{A}}}{（2\sqrt{2}×1{0}^{-10}）^{3}}$．

点评 本题考查了物质结构与性质，涉及核外电子排布、晶格能的比较、杂化类型的判断、晶体性质、晶胞的计算等，旨在考查学生对基础知识的掌握，侧重考查分析计算能力及空间想象能力，题目难度中等．