Question

20．科学家研究发现金属离子吸收氧气的能力十分巨大，人体血液中的血红蛋白依靠亚铁离子结合氧气，其他金属离子（Cu²⁺、Zn²⁺等）也可以实现结合和运输氧气的目的．最近丹麦科学家研发了一种晶体材料，该晶体吸收氧气的能力依靠钴离子，它可以让人在水下持久地获得氧气．
（1）基态钴原子的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁷4s²．
（2）C、N、O三种元素的第一电离能由大到小的顺序为N＞O＞C（用元素符号表示）．
（3）金属离子在动物体内以配位键结合．Fe³⁺可与SCN^-、CN^-、CO、H₂O等形成配合物．
①H₂O中O原子的杂化方式为sp³．
②已知SCN^-的电子式为，则SCN^-中σ 键与π键的个数比为1：1．
③写出一种与CO为等电子体的分子的化学式N₂．
（4）CH₄、NH₃相比较，熔点较高的是NH₃，其原因是氨气分子之间形成氢键，甲烷分子之间为范德华力．
（5）某种铜的氧化物的晶胞结构如图所示，该晶胞的边长为a cm，则该晶体的密度为$\frac{576}{{N}_{A}×{a}^{3}}$g/cm³（N_A表示阿伏伽德罗常数的值）

Answer 1

分析 （1）Co原子核外电子数为27，根据能量最低原理书写核外电子排布式；
（2）同周期随原子序数增大，元素第一电离能呈增大趋势，氮元素原子2p能级为半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素的；
（3）①H₂O中O原子形成2个O-H键，含有2对孤对电子，杂化轨道数目为4；
②单键为σ 键，三键含有1个σ 键、2个π键；
③原子总数相等、价电子总数也相等的微粒互为等电子体；
（4）氨气分子之间形成氢键，沸点高于甲烷的；
（5）根据均摊法计算晶胞中O原子、Cu原子数目，进而计算晶胞质量，再根据ρ=$\frac{m}{V}$计算晶体密度．

解答 解：（1）Co原子核外电子数为27，根据能量最低原理，其核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁷4s²，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁷4s²；
（2）同周期随原子序数增大，元素第一电离能呈增大趋势，氮元素原子2p能级为半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素的，故第一电离能N＞O＞C，
故答案为：N＞O＞C；
（3）①H₂O中O原子形成2个O-H键，含有2对孤对电子，杂化轨道数目为，氧原子采取sp³杂化，
故答案为：sp³；
②SCN^-的电子式为，单键为σ 键，三键含有1个σ 键、2个π键，则SCN^-中σ 键与π键的个数比为2：2=1：1，
故答案为：1：1；
③原子总数相等、价电子总数也相等的微粒互为等电子体，一种与CO为等电子体的分子的化学式为N₂，
故答案为：N₂；
（4）氨气分子之间形成氢键，甲烷分子之间为范德华力，氢键比范德华力更强，故氨气的沸点高于甲烷的，
故答案为：NH₃；氨气分子之间形成氢键，甲烷分子之间为范德华力；
（5）晶胞中Cu原子数目为8、O原子数目8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，晶胞质量为$\frac{8×64+16×4}{{N}_{A}}$g，晶体密度=$\frac{8×64+16×4}{{N}_{A}}$g÷（a cm）³=$\frac{576}{{N}_{A}×{a}^{3}}$g/cm³，
故答案为：$\frac{576}{{N}_{A}×{a}^{3}}$g/cm³．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、电离能、杂化方式判断、化学键、等电子体、氢键、晶胞计算等，注意理解掌握同周期元素第一电离能异常情况．