题目内容

【题目】I2016年,我国研制的大型运输机运-20正式进入投产,标志着我国成为少数几个能生产大型军用运输机的国家之一。

1)运-20的外壳大量使用了AM系列Mg-Al-Mn,铝的价电子排布图为_________________,第一电离能铝___________(填大于等于小于)镁

2)为了减轻飞机的起飞重量并保持机身强度,运-20使用了大量的树脂材料,其中一种树脂材料的部分结构如图1所示,其中碳原子的杂化方式为___________,其个数比为___________

II.大型飞机的高推重比发动机被誉为航空工业皇冠上的宝石,采用大量的金属钨作为耐高温耐磨损材料

3)钨元素位于第六周期第VIB族,价电子排布的能级与Cr相同,但排布方式与Cr有所不同,请写出钨原子的价层电子排布式___________

4)图2为碳和钨形成的一种化合物的晶胞模型,碳原子和钨原子个数比为___________,其中一个钨原子周围距离最近且相等的碳原子有___________个。

【答案】 小于 sp2 sp3 3:1 5d46s2 1:1 6

【解析】

1)根据基态Al原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p1,确定铝原子的价电子排布图;镁、铝在元素周期表中位于同一周期,镁属于第ⅡA族元素,铝属于第ⅢA族元素,基态第ⅡA族元素的原子最外层电子填充的ns处于全充满,np处于全空,体系比较稳定,故基态第ⅡA族元素的原子的第一电离能比同周期相邻主族元素的第一电离能大;

2)结合该物质的结构简式,根据价层电子对数确定该物质中碳原子的杂化方式;

3)钨元素位于第六周期第VIB族,价电子排布的能级与Cr相同,但排布方式与Cr有所不同,根据铬原子的价层电子排布式确定钨原子的价层电子排布式;

4)根据晶胞结构图,在顶点的原子被6个晶胞共用,在面心的原子被2个晶胞共用,在棱上的原子被3个晶胞共用,在体心的原子,不被其他晶胞共用,用于均摊法计算出晶胞中碳原子和钨原子个数。

1)基态Al原子的价电子排布式为3s23p1,故铝的价电子排布图为;基态Mg原子的核外电子排布式为1s22s22p63s2 Mg元素的3s能级为全满状态,3p能级为全空状态,体系比较稳定,能量低不容易失去一个电子,所以铝的第一电离能比镁低。

2)根据该树脂的结构简式,分子中的碳原子没有孤电子对,苯环中的每个碳原子形成3键,不是苯环上的碳原子,每个碳原子形成4键, 所以该物质中苯环上的碳原子采用sp2杂化,不是苯环上的碳原子采用sp3杂化;采用sp2杂化的碳原子数为6n+6m,采用sp3杂化碳原子数为2m+2n,故采用sp2杂化的碳原子数与sp3杂化碳原子数之比为:(6n+6m)(2m+2n)=3:1

3)钨元素位于第六周期第VIB族,价电子排布的能级与Cr相同,但排布方式与Cr有所不同,铬原子的价层电子排布式为3d54s1,故钨原子的价层电子排布式5d46s2

4)碳和钨形成的一种化合物的晶胞模型,在此结构中钨原子数目为1+2×+12×+6×=6,晶胞内部有6C原子,故碳原子和钨原子个数比为6:6=1:1;以晶胞体内钨原子可知,1个钨原子周围距离钨原子最近的碳原子有6个。

【点晴】

本题考查元素原子结构与性质相互关系的综合应用。需要注意的是,同周期中,元素原子的第一电离能的反常现象,即IIA族、VA族元素原子的价电子排布分别为ns2ns2np3,其结构分别满足为全满和半满状态,这两族元素原子较为稳定,故第一电离能反常。如本题第(1)小题,Mg元素与Al元素第一电离能比较中,Mg>Al,因Mg原子最外层的电子3s能级处于全充满状态,3p能级处于全空状态,体系比较稳定。

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