Question

4．新材料的出现改变了人们的生活，对新材料的研究越来越重要．
（1）硫化锌在荧光体、光导体材料、涂料、颜料等行业中应用广泛．其晶胞结构如图1所示，a位置是S^2-、b位置Zn²⁺则此晶胞中含有4个S^2-，Zn²⁺的配位数为4．
（2）最近发现一种钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如图2所示，项角和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，它的化学式为Ti₁₄C₁₃．

（3）由甲烷分子，在一定条件下可以得到“碳正离子”CH₃⁺，和“碳负离子”CH₃^-，CH₃⁺中C-H键键角是120°；CH₃^-的空间构型是三角锥形．
（4）某金属材料的结构如图3-I所示，属于面心立方的结构，晶胞结构如图3-Ⅱ所示．
若晶胞的边长为a pm，金属的密度为ρ g/cm³，金属的摩尔质量为M g/mol，则阿伏加德罗常数N_A=$\frac{4M×1{0}^{30}}{ρ{a}^{3}}$mol^-1．

Answer 1

分析 （1）根据硫化锌的晶胞图可知，根据均摊法计算出晶胞中含有硫离子数，每个硫离子周围距离最近的锌离子有4个，而每个锌离子周围距离最近的硫离也是4个，据此答题；
（2）气态团簇分子中原子不用均摊法计算，而是直接数各原子个数，进而确定化学式；
（3）碳正离子CH₃⁺中碳原子的价层电子对数为$\frac{4+3-1}{2}$=3，碳负离子CH₃^-中碳原子的价层电子对数为$\frac{4+3+1}{2}$=4，有一对孤电子对，据此判断键角和空间构型；
（4）晶胞的边长为a pm，则晶胞的体积为（a×10^-10）³cm³，根据晶胞的结构可知，晶胞中含有原子数为$8×\frac{1}{8}+6×\frac{1}{2}$=4，根据$ρ=\frac{\frac{4M}{{N}_{A}}}{V}$可计算出N_A．

解答 解：（1）根据硫化锌的晶胞图可知，晶胞中含有硫离子数为$8×\frac{1}{8}+6×\frac{1}{2}$=4，每个锌离子周围距离最近的硫离是4个，
故答案为：4；4；
（2）根据晶胞结构可知，晶胞中含有钛原子为14，碳原子数为13，所以化学式为Ti₁₄C₁₃，
故答案为：Ti₁₄C₁₃；
（3）碳正离子CH₃⁺中碳原子的价层电子对数为$\frac{4+3-1}{2}$=3，所以CH₃⁺中C-H键键角是120°，碳负离子CH₃^-中碳原子的价层电子对数为$\frac{4+3+1}{2}$=4，有一对孤电子对，所以CH₃^-的空间构型是三角锥形，
故答案为：120°；三角锥形；
（4）晶胞的边长为a pm，则晶胞的体积为（a×10^-10）³cm³，根据晶胞的结构可知，晶胞中含有原子数为$8×\frac{1}{8}+6×\frac{1}{2}$=4，根据$ρ=\frac{\frac{4M}{{N}_{A}}}{V}$可知，N_A=$\frac{4M}{ρV}$=$\frac{4M}{ρ（a×10{\;}^{-10}）^{3}}$mol^-1=$\frac{4M×1{0}^{30}}{ρ{a}^{3}}$mol^-1，
故答案为：$\frac{4M×1{0}^{30}}{ρ{a}^{3}}$．

点评 本题考查了较综合，涉及粒子空间构型判断、均摊法的运用、键角的判断、晶胞计算等知识，需要学生具备一定的空间想象与数学计算能力，难度中等，答题时注意根据价层电子对互斥理论、元素周期律等知识点来分析解答．