Question

17．元素周期表中第四周期元素有许多重要用途．
Ⅰ研究发现，钒元素的某种配合物可增强胰岛素降糖作用，它是电中性分子，结构如图1．
（1）基态V元素的价层电子轨道表示式，分子中非金属元素电负性由大到小的顺序为O、N、C、H．
（2）分子中采取sp²杂化的原子有C、N，1mol分子中含有配位键的数目是2N_A．
（3）该物质的晶体中除配位键外，所含微粒间作用力的类型还有bcd（填序号）．
a．金属键    b．极性键    c．非极性键    d．范德华力    e．氢键
ⅡFe与C、Mn等元素可形成多种不同性能的合金．
（4）图2-甲是Fe的一种晶胞，晶胞中Fe的堆积方式为体心立方密堆积，已知该晶体的密度为ρg•cm^-3，用N_A表示阿伏伽德罗常数的值，则该晶胞的边长为$\root{3}{\frac{112}{ρ{N}_{A}}}$cm．
（5）图2-乙是Fe-C-Mn合金（晶体有缺陷）的一种晶胞，则与C原子等距紧邻Fe的个数为4，该合金的化学式为Fe₂₃Mn₈C₈．

Answer 1

分析 （1）基态V元素的价层电子排布式为3d³4s²，结合泡利原、洪特规则画出轨道表示式；同周期自左而右电负性增大，非金属性越强，电负性越大；
（2）采取sp²杂化的原子杂化轨道数目为3，而杂化轨道数目=σ键+孤对电子；V与N原子之间形成配位键；
（3）分子之间存在范德华力，分子内不同原子之间形成极性键、同种原子之间形成非极性键，不存在金属键与氢键；
（4）由Fe的晶胞结构，可知晶胞中Fe的堆积方式为体心立方密堆积；根据均摊法计算晶胞中Fe原子数目，表示出晶胞的质量，结合m=ρV计算晶胞棱长；
（5）体心碳原子与面心Fe原子距离最近；根据均摊法计算晶胞中Fe、C、Mn原子数目，进而确定化学式．

解答 解：（1）基态V元素的价层电子排布式为3d³4s²，轨道表示式为；同周期自左而右电负性增大，非金属性越强，电负性越大，故电负性：O、N、C、H依次减小，
故答案为：；O、N、C、H；
（2）分子中C原子、N原子σ键均为3，均没有孤电子对，杂化轨道数目均为3，均采取sp²杂化，V与N原子之间形成配位键，1mol分子含有2mol配位键，即含有2N_A个配位键，
故答案为：C、N；2N_A；
（3）体中除配位键外，分子之间存在范德华力，分子内不同原子之间形成极性键、同种原子之间形成非极性键，不存在金属键与氢键，
故答案为：bcd；
（4）由Fe的晶胞结构，可知晶胞中Fe的堆积方式为体心立方密堆积，晶胞中Fe原子数目为1+8×$\frac{1}{8}$=2，则晶胞的质量为2×$\frac{56}{{N}_{A}}$g，设晶胞棱长为a cm，则：2×$\frac{56}{{N}_{A}}$g=ρg•cm^-3×（a cm）³，解得a=$\root{3}{\frac{112}{ρ{N}_{A}}}$，
故答案为：体心立方密堆积；$\root{3}{\frac{112}{ρ{N}_{A}}}$；
（5）体心碳原子与面心Fe原子距离最近，则与C原子等距紧邻Fe的个数为4，
晶胞中Fe原子数目为7×$\frac{1}{8}$+4×$\frac{1}{2}$=$\frac{23}{8}$、C原子数目为1、Mn原子数目为2×$\frac{1}{2}$=1，Fe、Mn、C原子数目之比为23：8：8，故化学式为：Fe₂₃Mn₈C₈，
故答案为：4；Fe₂₃Mn₈C₈．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、电负性、杂化方式、化学键、配合物、晶胞结构及有关计算，掌握均摊法进行有关晶胞计算．