Question

5．锰的单质及其化合物的用途非常广泛．回答下列问题：
（1）基态锰原子的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s²（或[Ar]3d⁵4s²），其d轨道中未成对电子数为5．
（2）MnO的熔点（1650℃）比MnS的熔点（1610℃）高，它们都属于离子晶体．前者熔点较高的原因是MnO的晶格能大．
（3）锰的一种配合物的化学式为Mn（BH₄）₂（THF）₃，THF的结构简式如图1所示．

①与Mn²⁺形成配位键的原子为O（填元素符号）．
②BH₄^-的空间构型为正四面体，其中B原子的杂化轨道类型为sp³．
③写出两种与BH₄^-互为等电子体的分子或离子：CH₄（SiH₄或NH₄⁺）．
（4）一种磁性材料的单晶胞结构如图2所示．
①该晶胞中碳原子的原子坐标为（$\frac{1}{2}$，$\frac{1}{2}$，$\frac{1}{2}$）．
②Mn在晶体中的堆积方式为面心立方最密（填“简单立方”“体心立方”“面心立方最密”或“六方最密“） 堆积．
③若该晶胞的边长为a pm，N_A表示阿伏加德罗常数的数值，则该晶体密度的表达式为ρ=$\frac{296}{{N}_{A}×（a×1{0}^{-10}）^{3}}$g/cm³．

Answer 1

分析 （1）Mn位于周期表中第4周期，VIIB族，其核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s²（或[Ar]3d⁵4s²），d轨道上电子数为5，5个d电子分占5个g轨道时，能量较低；
（2）MnO的熔点（1650℃）比MnS的熔点（1610℃）高，二者熔点较高，应为离子晶体，离子晶体晶格能越大，熔点越高；
（3）①与Mn²⁺形成配位键的配体应为THF，即四氢呋喃，为有机配体，在四氢呋喃中，O原子上存在孤电子对，Mn²⁺提供空轨道，二者形成配位键；
②根据VSEPR理论和杂化轨道理论判断BH₄^-的空间构型和中心B原子的杂化轨道类型；
③求等电子体常采用的方法是上下左右平移元素，同时调电子数来确定，需保证原子个数相同；
（4）①根据晶胞图，晶胞中A原子的原子坐标为（0，0，0），为坐标原点，根据建立的空间直角坐标系，C原子位于立方晶胞体心，根据立体几何知识求出C原子的原子坐标；
②Mn在晶胞中均处于面心，据此判断Mn在晶体中的堆积方式；
③根据晶体密度公式ρ=$\frac{z{M}_{r}}{{N}_{A}V}$计算，其中z为一个晶胞的粒子数，Mr为一个粒子的相对质量，V为一个晶胞的体积．

解答 解：（1）Mn位于周期表中第4周期，VIIB族，其核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s²（或[Ar]3d⁵4s²），d轨道上电子数为5，5个d电子分占5个g轨道时，能量较低，则d轨道中未成对电子数为5，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s²（或[Ar]3d⁵4s²）；5；
（2）MnO的熔点（1650℃）比MnS的熔点（1610℃）高，二者熔点较高，应为离子晶体，离子晶体晶格能越大，熔点越高，则MnO熔点较高的原因是：MnO的晶格能大，
故答案为：离子；MnO的晶格能大；
（3）①与Mn²⁺形成配位键的配体应为THF，即四氢呋喃，为有机配体，在四氢呋喃中，O原子上存在孤电子对，Mn²⁺提供空轨道，二者形成配位键，则与Mn²⁺形成配位键的原子为O，
故答案为：O；
②对于BH₄^-，根据VSEPR理论，中心B原子的配位原子数为BP=4，孤电子对数为LP=$\frac{3-1×4+1}{2}$=0，则其价电子对数为VP=BP+LP=4+0=4，根据杂化轨道理论，中心B原子的杂化类型为sp³，粒子空间构型为正四面体，
故答案为：正四面体；sp³；
③等电子体是指原子数目相同，价电子数目也相同的粒子，则与BH₄^-互为等电子体的分子或离子有CH₄（SiH₄或NH₄⁺），
故答案为：CH₄（SiH₄或NH₄⁺）；
（4）①根据晶胞图，晶胞中A原子的原子坐标为（0，0，0），为坐标原点，根据建立的空间直角坐标系，C原子位于立方晶胞体心，根据立体几何知识不难求出C原子的原子坐标为（$\frac{1}{2}$，$\frac{1}{2}$，$\frac{1}{2}$），
故答案为：（$\frac{1}{2}$，$\frac{1}{2}$，$\frac{1}{2}$）；
②Mn在晶胞中均处于面心，则Mn在晶体中的堆积方式为面心立方最密堆积，
故答案为：面心立方最密；
③取1mol晶胞，则含有N_A个晶胞，立方晶胞中，顶点粒子占$\frac{1}{8}$，面心粒子占$\frac{1}{2}$，晶胞内部粒子为整个晶胞所有，则一个晶胞中，C原子数目为1，Mn原子数目为$6×\frac{1}{2}$=3，Sn原子数目为$8×\frac{1}{8}$=1，则1mol晶胞的质量为m=1×12+3×55+1×119=296g，一个晶胞的体积为V₀=a³pm³=a³×10^-30cm³，则晶体的密度为$ρ=\frac{m}{{N}_{A}缺{V}_{0}}$=$\frac{296}{{N}_{A}×（a×1{0}^{-10}）^{3}}$g/cm³，
故答案为：$\frac{296}{{N}_{A}×（a×1{0}^{-10}）^{3}}$g/cm³．

点评 本题主要考察物质结构知识，包含核外电子排布式，晶格能的比较，配位键的形成，价层电子对互斥理论，杂化轨道理论，等电子体原理，原子坐标的书写，晶体密度的计算．题目涉及的知识点较多，对于原子坐标，记住“1”即“0”，本题难度中等．