Question

18．不锈钢是一种常见的合金，耐高温，加工性能好，在生产生活中有广泛用途．一种不锈钢的主要成分是Fe、Ni、Cr、Si、P．回答下列问题：
（1）基态Cr³⁺的价层电子电子排布式为3d³．第二周期基态原子未成对电子数与Cr³⁺相同的元素是N．
（2）金属镍粉在CO气流中轻微加热，生成无色挥发性液态Ni（CO）₄，该分子呈正四面体构型．则：
①Ni（CO）₄的熔点低于（填“高于”“低于”或“等于”）SiO₂的熔点，理由为Ni（CO）₄属于分子晶体，二氧化硅属于原子晶体．
②写出与CO 互为等电子体的一种分子的电子式：．
（3）H₃PO₄比H₃PO₃酸性强的原因为H₃PO₄中心磷原子的正电荷更高，导致P-O-H中共用电子对更易向P偏移，因而H₃PO₄比H₃PO₃更易电离出氢离子，酸性更强．PO₄^3-的空间构型为正四面体．
（4）铁基超导材料有多种，如图所示是一种铁基超导材料的晶胞结构（铁位于面心）．写出该超导材料的化学式：BaFe₂Se₂．Se与同周期的As、Br相比较，第一电离能由大到小的顺序是Br＞As＞Se（用元素符号表示）．
（5）如图所示晶胞为长方体结构，晶胞参数为a pm、b pm、c pm，阿伏加德罗常数的值为N_A，则该晶体的密度为$\frac{8.14×1{0}^{32}}{abc{N}_{A}}$g/cm³．

Answer 1

分析 （1）Cr原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹，失去4s能级1个电子、3d能级2个电子形成Cr³⁺；Cr³⁺中3d能级含有3个未成对电子；
（2）①Ni（CO）₄为无色挥发性液态物质，属于分子晶体，而二氧化硅属于原子晶体；
②原子数目相等、价电子总数也相等的微粒互为等电子体；
（3）同种元素含氧酸，该元素化合价越高，其酸性越强（或非羟基氧越多，酸性越强）；
PO₄^3-中P原子孤电子对数=$\frac{5+3-2×4}{2}$=0，价层电子对数=4+0=4；
（4）晶胞中Ba位于顶点、体心，Fe位于面心，Se位于晶胞内部与棱上，根据均摊法计算晶胞中Ba、Fe、Se原子数目，确定化学式；
同周期随原子序数增大，元素第一电离能呈增大趋势，但ⅡA族、VA族元素第一电离能高于同周期相邻元素的；
（5）结合晶胞含有原子数目，用阿伏伽德罗常数表示出晶胞质量，再根据ρ=$\frac{m}{V}$计算晶体密度．

解答 解：（1）Cr原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹，失去4s能级1个电子、3d能级2个电子形成Cr³⁺，基态Cr³⁺的价层电子电子排布式为3d³，Cr³⁺中3d能级含有3个未成对电子，第二周期基态原子未成对电子数与Cr³⁺相同的元素是N元素，
故答案为：3d³；N；
（2）①Ni（CO）₄为无色挥发性液态物质，属于分子晶体，而二氧化硅属于原子晶体，Ni（CO）₄的熔点低于SiO₂的熔点，
故答案为：低于；Ni（CO）₄属于分子晶体，二氧化硅属于原子晶体；
②CO分子中含有2个原子，其价电子个数是10，与CO互为等电子体的分子为N₂，电子式为，
故答案为：；
（3）H₃PO₄、H₃PO₃中磷元素的化合价依次为+5、+3，H₃PO₄中心磷原子的正电荷更高，导致P-O-H中共用电子对更易向P偏移，因而H₃PO₄比H₃PO₃更易电离出氢离子，酸性更强，
PO₄^3-中P原子孤电子对数=$\frac{5+3-2×4}{2}$=0，价层电子对数=4+0=4，空间构型为正四面体形，
故答案为：H₃PO₄中心磷原子的正电荷更高，导致P-O-H中共用电子对更易向P偏移，因而H₃PO₄比H₃PO₃更易电离出氢离子，酸性更强；正四面体；
（4）晶胞中Ba位于顶点、体心，Ba原子数目为1+8×$\frac{1}{8}$=2，Fe位于面心，Fe原子数目为8×$\frac{1}{2}$=4，Se位于晶胞内部与棱上，Se原子数目为2+8×$\frac{1}{4}$=4，故化学式为BaFe₂Se₂，
同周期随原子序数增大，元素第一电离能呈增大趋势，但As元素原子4p轨道为半满稳定状态，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Br＞As＞Se，
故答案为：BaFe₂Se₂；Br＞As＞Se；
（5）用阿伏伽德罗常数表示出晶胞质量为$\frac{2×137+4×56+4×79}{{N}_{A}}$g，晶胞参数为a pm、b pm、c pm，则晶体密度为：$\frac{2×137+4×56+4×79}{{N}_{A}}$g÷（a×10^-10 cm×b×10^-10 cm×c×10^-10 cm）=$\frac{8.14×1{0}^{32}}{abc{N}_{A}}$g/cm³，
故答案为：$\frac{8.14×1{0}^{32}}{abc{N}_{A}}$．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、晶体类型与性质、等电子体、分子结构与性质、空间构型、电离能、晶胞计算等，注意同周期主族元素中第一电离能异常情况，掌握均摊法进行晶胞有关计算．