题目内容

4．碳、镁、镍在工业生产和科研领域有广泛用途．请回答下列问题：
（1）基态碳原子中，能量最高的电子所占用的能级符号为2p；该能级中原子轨道的电子云形状为哑铃形（或纺锤形）．
（2）从石墨中可剥离出由单层碳原子构成的石墨烯，石墨烯中碳原子和共价键的数目之比为2：3．
（3）Mg2+能形成多种配合物和配离子，如Na4[Mg（PO3）4]、Mg[EDTA]2- EDTA的结构简式为（）等．
①PO3-的立体构型为平面三角形，其中心原子的杂化轨道类型为sp2，其中杂化轨道的作用为形成σ键．
②是常用的分析试剂．其中位于同周期的三种基态原子第一电离能由小到大的顺序为C＜O＜N（用元素符号表示）；这三种元素形成的一种离子与CS2互为等电子体，该离子符号为OCN-．
（4）晶体镁的堆积模型为六方最密堆积；其中镁原子的配位数为12．
（5）碳、镁、镍形成的某晶体的晶胞结构如图所示．若晶体密度为ρg•cm-1，阿伏伽德罗常数的值为NA，则晶胞参数a=$\root{3}{\frac{213}{ρ{N}_{A}}}×1{0}^{10}$pm（用代数式表示）．

分析 （1）基态C原子的核外电子排布式为1s22s22p2，能量最高的电子所占用的能级为2p；p轨道的电子云形状为哑铃形（或纺锤形）；
（2）石墨中可剥离出由单层碳原子构成的石墨烯，根据均摊法，一个C原子占有共价键1.5mol，因此石墨烯中碳原子和共价键的数目之比为$1：\frac{3}{2}$；
（3）①根据VSEPR理论和杂化轨道理论判断PO3-的空间构型，其中，杂化轨道的作用就是形成σ键；
②同周期主族元素的第一电离能向右呈增大的趋势，但第IIA族和第VA族反常；等电子体粒子求法通常采用上下左右元素平移法，同时调控电子得到；
（4）金属Mg的堆积模型为六方最密堆积；对于六方最密堆积，在一个Mg上，存在三个面，每个面均有4个等径相近的Mg，因此Mg的配位数为3×4=12；
（5）根据晶体密度的求解公式：$ρ=\frac{z{M}_{r}}{{N}_{A}V}$求解，其中z为一个晶胞的粒子数，Mr为一个粒子的相对质量，V为一个晶胞的体积．

解答 解：（1）基态C原子的核外电子排布式为1s22s22p2，能量最高的电子所占用的能级为2p，符号为2p；p轨道有3个，其电子云形状为哑铃形（或纺锤形），
故答案为：2p；哑铃形（或纺锤形）；
（2）石墨层中剥离出的C原子，是sp2杂化，一个C形成3根共价键，根据均摊法，平均一个C占有$\frac{3}{2}$个共价键，则石墨烯中碳原子和共价键的数目之比为$1：\frac{3}{2}$，即2：3，
故答案为：2：3；
（3）①根据VSEPR理论，对于PO3-，其键合电子对数为BP=3，孤电子对数为$LP=\frac{5-2×3+1}{2}$=0，则其价电子对数为VP=BP+LP=3+0=3，根据杂化轨道理论，中心原子P为sp2杂化，其空间构型为平面三角形，其中杂化轨道的作用为形成σ键，
故答案为：平面三角形；sp2；形成σ键；
②乙二胺四乙酸是常用的分析试剂，其中位于同周期的三种基态原子分别为C、N、O，三种基态原子第一电离能由小到大的顺序为C＜O＜N；等电子体是指原子数相同，价电子数相同的粒子，则与CS2互为等电子体的粒子为OCN-或ONC-，前者为氰酸根离子，后者为雷酸根离子，二者均为拟卤离子，
故答案为：C＜O＜N；OCN-（或ONC-）；
（4）金属Mg的堆积模型为六方最密堆积；对于六方最密堆积，在一个Mg上，存在三个面，每个面均有4个等径相近的Mg，因此Mg的配位数为3×4=12，
故答案为：六方最密堆积；12；
（5）立方晶胞，顶点粒子占$\frac{1}{8}$，面心粒子占$\frac{1}{2}$，晶胞内部原子为整个晶胞所有，则一个晶胞中，含有Ni的数目为$6×\frac{1}{2}=3$，含有Mg的数目为$8×\frac{1}{8}=1$，含有C的数目为1，取1mol晶胞，则1mol晶胞的质量为m=3×59+1×24+1×12=213g，1mol晶胞含有NA个晶胞，一个晶胞的体积为${V}_{0}={a}^{3}$cm3，已知晶体密度为$ρ=\frac{m}{{N}_{A}{V}_{0}}$=$\frac{213}{{N}_{A}•{a}^{3}}g/c{m}^{3}$，则晶胞参数$a=\root{3}{\frac{213}{ρ{N}_{A}}}$cm=$\root{3}{\frac{213}{ρ{N}_{A}}}×1{0}^{10}pm$，
故答案为：$\root{3}{\frac{213}{ρ{N}_{A}}}×1{0}^{10}$．

点评 本题主要考察物质结构知识，包含原子轨道，均摊法的应用，杂化轨道理论，价层电子对互斥理论，等电子体原理，晶胞的计算．题目考查较为综合，题目难度中等，是中档题．

练习册系列答案
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