Question

18．2015年，中国药学家屠呦呦获得诺贝尔生理学和医学奖，其突出贡献是创制新型抗疟药青蒿素和双氢青蒿素．青蒿素是从黄花蒿中提取得到的一种无色针状晶体，双氢青蒿素是青蒿素的重要衍生物，抗疟疾疗效优于青蒿素．请回答下列问题：

（1）组成青蒿素的三种元素电负性由大到小排序是O＞C＞H，画出基态O原子的价电子排布图；
（2）一个青蒿素分子中含有7个手性碳原子；
（3）双氢青蒿素的合成一般是用硼氢化钠（NaBH₄）还原青蒿素．硼氢化物的合成方法有：
2LiH+B₂H₆=2LiBH₄4NaH+BF₃═NaBH₄+3NaF①写出BH₄^-的等电子体CH₄、NH₄⁺（分子、离子各写一种）；
②1976年，美国科学家利普斯康姆（W．N．Lipscomb）因提出多中心键的理论解释B₂H₆的结构而获得了诺贝尔化学奖．B₂H₆分子结构如图，2个B原子和一个H原子共用2个电子形成3中心二电子键，中间的2个氢原子被称为“桥氢原子”，它们连接了2个B原子．则B₂H₆分子中有2种共价键，B原子的杂化方式为sp³；
③NaBH₄的阴离子中一个B原子能形成4个共价键，而冰晶石（Na₃AlF₆）的阴离子中一个Al原子可以形成6个共价键，原因是B原子价电子层上没有d轨道，Al原子价电子层上有d轨道；
④NaH的晶胞如图，则NaH晶体中阳离子的配位数是6；设晶胞中阴、阳离子为刚性球体且恰好相切，求阴、阳离子的半径比$\frac{r（-）}{r（+）}$=0.414．

Answer 1

分析 （1）组成青蒿素的三种元素为H、C、O，非金属性越强电负性越大；基态O原子最外层有6个电子，即价电子数为6，据此画出电子排布图；
（2）碳原子周围连有四个不同的原子或原子团即为手性碳，结合青蒿素的结构简式判断；
（3）①原子总数相同、价电子总数相同的微粒互为等电子体；
②根据B₂H₆分子的结构可知，B₂H₆分子中有B-H共价键，另外还3中心二电子键，每个B原子周围有4个共价键，据此判断杂化方式；
③B原子核外层只有两个电子层，L层上没有d轨道，而Al原子核外层只有三个电子层，M层上有d轨道，据此答题；
④根据NaH的晶胞结构图可知，NaH晶体中每个钠离子周围有6个氢负离子，设晶胞中阴、阳离子为刚性球体且恰好相切，如图所示，则NaH晶体中阴阳离子的最短距离为a的一半即 $\frac{a}{2}$，阳离子的半径为对角线的 $\frac{1}{4}$，即为 $\frac{\sqrt{2}}{4}$a，所以阴离子的半径为即 $\frac{a}{2}$-$\frac{\sqrt{2}}{4}$a，据此计算阴、阳离子的半径比．

解答 解：（1）组成青蒿素的三种元素为H、C、O，元素的非金属性越强，电负性越强，非金属性：O＞C＞H，则H、C、O三种元素的电负性由大到小的顺序是O＞C＞H，基态O原子最外层有6个电子，即价电子数为6，所以氧原子的价电子的排布图为，
故答案为：O＞C＞H；；
（2）碳原子周围连有四个不同的原子或原子团即为手性碳，根据青蒿素的结构简式可知，青蒿素分子中含有7个手性碳原子，
故答案为：7；
（3）①原子总数相同、价电子总数相同的微粒互为等电子体，所以与BH₄^-的等电子体的分子为CH₄，离子为NH₄⁺，
故答案为：CH₄、NH₄⁺；
②根据B₂H₆分子的结构可知，B₂H₆分子中有B-H共价键，另外还3中心二电子键，所以B₂H₆分子中有2种共价键，每个B原子周围有4个共价键，所以B原子的杂化方式为sp³，
故答案为：2；sp³；
③B原子核外层只有两个电子层，所以B原子价电子层上没有d轨道，而Al原子核外层只有三个电子层，Al原子价电子层上有d轨道，所以NaBH₄的阴离子中一个B原子能形成4个共价键，而冰晶石（Na₃AlF₆）的阴离子中一个Al原子可以形成6个共价键，
故答案为：B原子价电子层上没有d轨道，Al原子价电子层上有d轨道；
④根据NaH的晶胞结构图可知，NaH晶体中每个钠离子周围有6个氢负离子，所以NaH晶体中阳离子的配位数是6，设晶胞中阴、阳离子为刚性球体且恰好相切，如图所示，则NaH晶体中阴阳离子的最短距离为a的一半即 $\frac{a}{2}$，阳离子的半径为对角线的 $\frac{1}{4}$，即为 $\frac{\sqrt{2}}{4}$a，所以阴离子的半径为即 $\frac{a}{2}$-$\frac{\sqrt{2}}{4}$a，所以阴离子半径与阳离子半径之比为  $\frac{\frac{a}{2}-\frac{\sqrt{2}}{4}a}{\frac{\sqrt{2}a}{4}}$=$\sqrt{2}$-1=0.414，
故答案为：6；0.414．

点评 本题考查了晶胞的计算、核外电子排布、电负性、等电子体等知识点，晶胞结构对学生的空间想象有一定的要求，注意根据晶胞结构计算阴阳离子半径比的方法，难度中等．．