Question

5．某复合硅酸盐水泥的成分有CaO、MgO、Al₂O₃、SO₃和SiO₂等．回答下列问题：
（1）Ca的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²．
（2）MgO的熔点比CaO的熔点高，其原因是Mg²⁺半径比Ca²⁺小，MgO的晶格能较大．
（3）Al₂O₃溶于NaOH溶液形成Na[Al（OH）₄]，[Al（OH）₄]^-的空间构型为正四面体．
（4）S的氧化物的水化物中算性最强的是H₂SO₄，从结构上分析其原因H₂SO₄中S的正电荷高于H₂SO₃的正电荷，导致H₂SO₄的S-O-H中O的电子向S偏移的程度更大，更容易电离出H⁺，所以H₂SO₄的酸性强．
（5）硅酸盐结构中的基本结构单元为[SiO₄]四面体，其中Si原子的杂化轨道类型为sp³．由两个结构单元通过共用一个原子形成的硅酸盐阴离子的化学式为[Si₂O₇]^6-．
（6）CaO与NaCl的晶胞类型相同，CaO晶胞中Ca²⁺的配位数为6，若CaO晶胞参数为anm，CaO的密度为$\frac{2.24×1{0}^{23}}{{a}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3（用a和N_A表示）．

Answer 1

分析 （1）根据构造原理排布；
（2）相同类型的离子晶体中，晶体的熔点与晶格能成正比，晶格能与离子半径成反比；
（3）Al³⁺可以形成sp³型杂化轨道，[Al（OH）₄]^-中的配位数是4，据此判断其空间结构；
（4）同种元素的物质间元素的化合价越高，对应的含氧酸的酸性越强；
（5）[SiO₄]四面体，Si的电子对数为4，杂化类型为sp³，两个结构单元通过共用的原子为O原子；
（6）以钙离子为中心，沿X、Y、Z三轴进行切割，从而确定钙离子配位数；根据密度$ρ=\frac{m}{V}$计算．

解答 解：（1）Ca属于20号元素，3d轨道能量大于4s轨道，所以Ca的电子排布式应是1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²，故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²；
（2）MgO晶体的熔点比CaO高都属于离子晶体，Mg²⁺半径比Ca²⁺小，键能较大，所以氧化镁晶体的晶格能大于氧化钙，导致氧化镁晶体的熔点大于氧化钙，
故答案为：高；Mg²⁺半径比Ca²⁺小，MgO的晶格能较大；
（3）[Al（OH）₄]^-配离子的中心原子采取sp³杂化，配位数为4，故空间构型为正四面体型，故答案为：正四面体；
（4）同种元素的物质间元素的化合价越高，对应的含氧酸的酸性越强，H₂SO₄中S的正电荷高于H₂SO₃的正电荷，导致H₂SO₄的S-O-H中O的电子向S偏移的程度更大，更容易电离出H⁺，所以H₂SO₄的酸性强，
故答案为：H₂SO₄；H₂SO₄中S的正电荷高于H₂SO₃的正电荷，导致H₂SO₄的S-O-H中O的电子向S偏移的程度更大，更容易电离出H⁺，所以H₂SO₄的酸性强；
（5）[SiO₄]四面体，Si的电子对数为4，杂化类型为sp³，由两个结构单元通过共用一个O原子形成的硅酸盐阴离子比[SiO₄]四面体少一个O原子，阴离子的化学式为[Si₂O₇]^6-，故答案为：sp³；[Si₂O₇]^6-；
（6）以钙离子为中心，沿X、Y、Z三轴进行切割，上下左右前后，结合图片知，钙离子的配位数是6，若该晶胞的边长为anm，晶胞体积为（a×10^-7cm）³，晶胞中有4个Ca原子、4个O原子，故晶胞质量为$\frac{4×40+4×16}{{N}_{A}}$g，故该氧化物的密度为$\frac{4×40+4×16}{{N}_{A}}$g÷（a×10^-7cm）³=$\frac{2.24×1{0}^{23}}{{a}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3，故答案为：6；$\frac{2.24×1{0}^{23}}{{a}^{3}{N}_{A}}$．

点评 本题考查了原子核外电子排布式、杂化类型、配合物、分子空间构型以及晶胞计算等知识点，注意硅酸盐中Si的价态为+4价，形成4个共价键可以帮助解答第（5）小题．