Question

16．早期发现的一种天然准晶颗粒由三种Al、Cu、Fe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X-射线衍射方法区分晶体、准晶体和非晶体．
（2）基态铁原子有4个未成对电子，三价铁离子的电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵
（3）新制备的氢氧化铜可将乙醛氧化为乙酸，而自身还原成氧化亚铜，乙醛中碳原子的杂化轨道类型为sp³、sp² ；乙酸的沸点明显高于乙醛，其主要原因是：乙酸的分子间存在氢键，增加了分子之间的作用．氧化亚铜为半导体材料，在其立方晶胞内部有四个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有16个铜原子．
（4）铝单质为面心立方晶体，其晶胞参数a=0.405nm，晶胞中铝原子的配位数为12．列式表示铝单质的密度$\frac{4×27}{{N}_{A}×（4.05×1{0}^{-10}）^{3}}$g•cm^-3（不必计算出结果）

Answer 1

分析 （1）可以通过X-射线衍射方法区分晶体、准晶体和非晶体；
（2）Fe原子核外电子数为26，核外电子数排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，失去4s能级2个电子、3d能级1个形成铁离子；
（3）乙醛中甲基中C原子形成4个σ键，醛基中C原子形成3个σ键，均没有孤对电子，杂化轨道数目分别为4、3；乙酸分子之间存在氢键，沸点高于甲醛的，氧化亚铜的化学式为Cu₂O，根据均摊法计算晶胞中O原子数目，结合化学式中Cu、O原子数目之比计算晶胞中Cu原子数目；
（4）铝单质为面心立方晶体，以顶点Al原子为研究对象，与之相邻的原子处于面心，每个顶点为8个晶胞共用，每个面心为2个晶胞共用，根据均摊法计算晶胞中Al原子数目，结合Al的摩尔质量表示出晶胞质量，再根据ρ=$\frac{m}{V}$计算晶胞密度．

解答 解：（1）晶体有各向异性，非晶体多数是各向同性，可以通过X-射线衍射方法区分晶体、准晶体和非晶体，
故答案为：X-射线衍射；
（2）Fe原子核外电子数为26，核外电子数排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，失去4s能级2个电子、3d能级1个形成铁离子，3d能级有4个未成对电子，三价铁离子的电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵，
故答案为：4；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵；
（3）乙醛中甲基中C原子形成4个σ键，醛基中C原子形成3个σ键，均没有孤对电子，杂化轨道数目分别为4、3，碳原子杂化方式为：sp³、sp² 杂化，
乙酸的分子间存在氢键，增加了分子之间的作用，乙酸的沸点明显高于乙醛，
氧化亚铜的化学式为Cu₂O，晶胞中O原子数目为4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，氧化亚铜中Cu、O原子数目之比为2：1，故晶胞中Cu原子数目为8×2=16，
故答案为：sp³、sp² ；乙酸的分子间存在氢键，增加了分子之间的作用；16；
（4）铝单质为面心立方晶体，以顶点Al原子为研究对象，与之相邻的原子处于面心，每个顶点为8个晶胞共用，每个面心为2个晶胞共用，则晶胞中铝原子的配位数为 $\frac{3×8}{2}$=12，晶胞中Al原子数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，则晶胞质量为$\frac{4×27}{{N}_{A}}$g，则晶胞密度为$\frac{4×27}{{N}_{A}}$g÷（4.05×10^-8 cm）³=$\frac{4×27}{{N}_{A}×（4.05×1{0}^{-10}）^{3}}$g•cm^-3，
故答案为：12；$\frac{4×27}{{N}_{A}×（4.05×1{0}^{-10}）^{3}}$．

点评 本题考查晶胞计算、核外电子排布式、晶体与非晶体、杂化方式、氢键等，掌握均摊法进行晶胞有关计算，熟记中学常见晶胞结构．