Question

【题目】早期发现的一种天然二十面体准晶颗粒由Al、Cu、Fe三种金属元素组成，回答下列问题：

(1)准晶是一种无平移周期序，但有严格准周期位置序的独特晶体，可通过_______方法区分晶体、准晶体和非晶体。

(2)基态铜原子的电子排布式为_______。

(3)CuO在高温时分解为O2和Cu2O，请从阳离子的结构来说明在高温时，Cu2O比CuO更稳定的原因是_______。Cu2O为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有_______个铜原子。

(4)Cu2+能与乙二胺（H2N—CH2—CH2—NH2）形成配离子如图：，该配离子中含有的化学键类型有______(填字母序号)。

A.配位键 B.极性键 C.离子键 D.非极性键

(5)羰基铁[Fe(CO)5]可用作催化剂、汽油抗暴剂等。1molFe(CO)5分子中含____molσ键，与CO互为等电子体的离子是__（填化学式，写一种）。

(6)某种磁性氮化铁的结构如图所示，N随机排列在Fe构成的正四面体空隙中。正六棱柱底边长为acm，高为ccm，阿伏加德罗常数的值为NA，则该磁性氮化铁的晶体密度为____g/cm3(列出计算式)。

Answer 1

【答案】X-射线衍射 1s22s22p63s23p63d104s1 Cu2O中的Cu+3d轨道处于全满的稳定状态，而CuO中Cu2+中3d轨道排布为3d9，能量高，不稳定 16 ABD 10 CN-(或C22-)

【解析】

(1)晶体对X射线发生衍射，非晶体不发生衍射，准晶体介于二者之间；

(2)根据构造原理可书写出基态铜原子的电子排布式；

(3)根据原子核外电子的轨道上电子处于全满、半满或全空时是稳定状态分析；结合O原子数目及Cu2O中Cu和O的比例计算晶胞中Cu原子的数目；

(4)Cu2+与乙二胺(H2N-CH2-CH2-NH2)中N原子形成配位键，H2N-CH2-CH2-NH2中C原子之间形成非极性键、不同原子之间形成极性键；单键为σ键，C原子没有孤电子对、形成4个σ键，杂化轨道数目为4；

(5) Fe与CO形成5个配位键，属于σ键，CO分子中形成1个σ键，据此计算Fe(CO)5分子含有的σ键数目是10个；与CO互为等电子体的离子，含有2个原子、价电子总数为10，可以用N原子与1个单位负电荷替换O原子，也可以用C原子与2个单位负电荷替换O原子；

(6)计算结构单元中原子总质量、晶胞体积，利用ρ=计算晶体密度。

(1)从外观无法区分三者，但用X光照射会发现：晶体对X射线发生衍射，非晶体不发生衍射，准晶体介于二者之间，因此通过有无X-射线衍射现象即可确定；

(2) 29号元素Cu元素的基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1；

(3)在Cu2O中Cu+原子的核外电子排布为1s22s22p63s23p63d10，处于d轨道的全满的稳定状态，而若再失去1个电子变为Cu2+时1s22s22p63s23p63d9，是不稳定的状态，CuO在高温时分解为O2和Cu2O；该晶胞中O原子数为4×1+6×+8×=8，由Cu2O中Cu和O的比例可知该晶胞中铜原子数为O原子数的2倍，所以该晶胞中含有Cu原子个数为16个；

(4) Cu2+与乙二胺(H2N-CH2-CH2-NH2)中N原子形成配位键；在配位体H2N-CH2-CH2-NH2中C原子与C原子之间形成非极性键；不同元素的原子之间形成极性键，所以该配离子中存在的化学键类型为配位键、极性键、非极性键，故合理选项是ABD；

(5) Fe与CO形成5个配位键，属于σ键，CO分子中形成1个σ键，故Fe(CO)5分子含有10个 σ键，1mol Fe(CO)5分子中含10molσ键，与CO互为等电子体的离子，含有2个原子、价电子总数为10，可以用N原子与1个单位负电荷替换O原子，也可以用C原子与2个单位负电荷替换O原子，与CO互为等电子体的离子为：CN-、C22-等；

(6)图中结构单元底面为正六边形，边长为a nm，底面面积为6××a×10-7 cm×a×10-7 cm×sin60°=cm2；结构单元的体积V=cm2×c×10-7 cm=cm3，结构单元中含有N原子数为2，含有的Fe原子数为：=6，该晶胞在原子总质量m=g，所以该晶体密度ρ==g/cm3。