Question

3．碳族元素的单质及其化合物是一类重要物质，请回答下列问题．
（1）基态碳原子的价电子排布图是a．
a．    b．
请阐述其原因是a价电子排布使整个原子的能量最低．
（2）氯化铝晶体易溶于水，也溶于乙醇和乙醚，熔点190℃（2.5 大气压），熔化的氯化铝不易导电．178℃升华为二聚体Al₂Cl₆（结构如图1所示）．AlCl₃晶体是分子晶体，在二聚体Al₂Cl₆有配位键，请用箭头在图中标出．
（3）硼酸（H₃BO₃）是一元弱酸，与水反应生成[B（OH）₄]^-而产生氢离子，则[B（OH）₄]^-中B原子的杂化类型为sp³，[B（OH）₄]^-的空间结构为正四面体．
（4）已知钛酸锶广泛应用于氢能领域，其晶胞结构如图2所示，则钛酸锶的化学式为SrTiO₃．

Answer 1

分析 （1）根据能量最低原理，基态碳原子的价电子排布式为2s²2p²；
（2）分子晶体的熔沸点较低，氯化铝的熔沸点较低，所以为分子晶体；
氯化铝中铝原子最外层电子只有3个电子，形成3个共价键，每个铝原子和四个氯原子形成共价键，且其中一个共用电子对是氯原子提供形成的配位键；
（3）计算B原子价层电子对数、孤电子对数，确定B原子杂化方式与空间构型；
（4）利用均摊法计算晶胞中Sr、Ti、O原子数目，进而确定化学式．

解答 解：（1）根据能量最低原理，基态碳原子的价电子排布式为2s²2p²，价电子排布图，
故答案为：a；a价电子排布使整个原子的能量最低；
（2）分子晶体的熔沸点较低，氯化铝的熔沸点较低，所以为分子晶体；
氯化铝中铝原子最外层电子只有3个电子，形成3个共价键，每个铝原子和四个氯原子形成共价键，且其中一个共用电子对是氯原子提供形成的配位键，如图，
故答案为：分子；；
（3）[B（OH）₄]^-中B的价层电子对=4+$\frac{1}{2}$（3+1-4×1）=4，所以采取sp³杂化，B原子没有孤电子对，为正四面体构型，
故答案为：sp³；正四面体；
（4）晶胞中Sr原子数目为8×1，Ti原子数目为1，O原子数目为6×$\frac{1}{2}$=3，故化学式为SrTiO₃，
故答案为：SrTiO₃．

点评 本题是对物质结构的考查，涉及核外电子排布、晶体类型与性质、配位键、杂化方式、空间构型、晶胞计算等，需要学生熟练掌握基础知识，难度中等．