Question

8．铝及其化合物在工农业生产及日常生活中有重要用途，请完成下列与铝有关的问题．
（1）铝原子的价电子排布式为3s²3p¹，Na、Mg、Al的第一电离能由小到大的顺序为Mg＞Al＞Na．
（2）某含有铝元素的翡翠的化学式为Be₃Al₂[Si₆O₁₈]，其是一种多硅酸盐，Si原子采用的杂化类型为sp³杂化．
（3）工业上可用氧化铝、氮气、碳在高温条件下制备一种四面体结构单元的高温结构陶瓷，其晶胞如图1：
①制备过程中还会生成一种可燃气体，则该反应的化学方程式为Al₂O₃+N₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2AlN+3CO．
②该化合物的晶体类型为原子晶体，该晶胞中有4个铝原子，若该晶胞的边长为a pm，则该晶胞的密度为$\frac{164}{{N}_{A}×（a×1{0}^{-10}）^{3}}$g．cm³．

（4）AlCl₃的相对分子质量为133.5，183℃开始升华，溶于水、乙醚等．其二聚物（Al₂Cl₆）的结构如图2，其中图示中1键键长206 pm，2键键长221 pm，从键的形成角度分析1键和2键的区别1键为Al、Cl原子分别提供1个电子形成的共价键，2键为Al原子提供空轨道、Cl原子通过孤对电子形成的配位键．
（5）LiAlH₄是一种特殊的还原剂，可将羧酸直接还原成醇．
CH₃COOH$→_{乙醚}^{LiAlH_{4}}$CHCHOH，CH₃COOH分子中σ键与π键个数之比7：1，分子中键角1＜键角2（填“＞”、“=”或“＜”）．

Answer 1

分析 （1）Al元素处于第三周期ⅢA族；同周期随原子序数增大，元素第一电离能呈增大趋势，Mg元素原子3s能级为全满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素的；
（2）Be₃Al₂[Si₆O₁₈]，根据在化合物中正负化合价代数和为零，硅元素显+4，SiO₂中Si原子与O原子形成4个共价键，即形成4个σ键，硅原子无孤对电子；
（3）①根据均摊法计算晶胞中Al、N原子数目，可以确定高温结构陶瓷的化学式，结合元素守恒可知，生成的可燃性气体为CO；
②该晶体为四面体结构单元的高温结构陶瓷，属于原子晶体，根据均摊法计算晶胞中Al、N原子数目，再计算晶胞质量、晶胞体积，根据ρ=$\frac{m}{V}$计算晶胞密度；
（4）氯化铝属于分子晶体，Al原子与Cl之间形成3个共价键、1个配位键；
（5）单键为σ键，双键含有1个σ键、1个π键，孤对电子与成键电子对排斥力大于成键电子对之间排斥力．

解答 解：（1）Al元素处于第三周期ⅢA族，价电子排布式为3s²3p¹；同周期随原子序数增大，元素第一电离能呈增大趋势，Mg元素原子3s能级为全满稳定状态，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：Mg＞Al＞Na，
故答案为：3s²3p¹；Mg＞Al＞Na；
（2）铝元素显+3，铍元素显+2，氧元素显-2，设硅元素的化合价是x，根据在化合物中正负化合价代数和为零，则：3×2+（+3）×2+（+x）×6+（-2）×18=0，解得x=+4，硅元素显+4，SiO₂中Si原子与O原子形成4个共价键，即形成4个σ键，硅原子无孤对电子，所以Si原子采用的杂化类型为sp³杂化，
故答案为：sp³杂化；
（3）①晶胞中Al原子数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4、N原子数目=4，高温结构陶瓷的化学式为AlN，结合元素守恒可知，生成的可燃性气体为CO，反应方程式为：Al₂O₃+N₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2AlN+3CO，
故答案为：Al₂O₃+N₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2AlN+3CO；
②该晶体为四面体结构单元的高温结构陶瓷，属于原子晶体，晶胞中Al原子数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4、N原子数目=4，晶胞质量为4×$\frac{41}{{N}_{A}}$g，晶胞体积为（a×10^-10 cm）³，则晶胞密度为4×$\frac{41}{{N}_{A}}$g÷（a×10^-10 cm）³=$\frac{164}{{N}_{A}×（a×1{0}^{-10}）^{3}}$g．cm^-3，
故答案为：原子晶体；4；$\frac{164}{{N}_{A}×（a×1{0}^{-10}）^{3}}$；
（4）氯化铝属于分子晶体，Al原子与Cl之间形成3个共价键、1个配位键，由结构中键长可知1键与其它Al-Cl键长相等，则1键为普通共价键，1键为Al、Cl原子分别提供1个电子形成的共价键，2键为Al原子提供空轨道、Cl原子通过孤对电子形成的配位键，
故答案为：1键为Al、Cl原子分别提供1个电子形成的共价键，2键为Al原子提供空轨道、Cl原子通过孤对电子形成的配位键；
（5）单键为σ键，双键含有1个σ键、1个π键，故CH₃COOH分子中含有7个σ键、1个π键，二者数目之比为7：1，C=O双键中氧原子含有2对孤对电子，由于孤对电子与成键电子对排斥力大于成键电子对之间排斥力，故分子中键角1＜键角2，
故答案为：7：1；＜．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、杂化方式判断、晶胞计算、化学键、价层电子对互斥理论等，是对物质结构想综合考查，注意利用价层电子对互斥理论判断键角大小．