Question

金属镍、铁及非金属元素碳在合金材料、有机合成材料中有广泛的应用．
请回答下列问题：
（1）Ni原子的核外电子排布式为

 

．
（2）Fe原子的外围电子排布图为

 

．
（3）含碳化合物丙烯腈（H₂C=CH-C≡N）分子中碳原子轨道杂化类型为

 

（4）NiO、FeO的晶体类型均与氯化钠晶体相同，Ni²⁺和Fe²⁺离子半径分别为69Pm和78Pm，则两种物质的熔点NiO

 

FeO（填“＞”或“＜”），判断依据是

 

．
（5）CaC₂晶体的晶胞也与氯化钠相似，但由于CaC₂晶体中的C₂^2-存在，使晶胞沿一个方向拉长，则CaC₂晶体中1个C₂^2-周围距离最近且相等的Ca²⁺数目为

 

，C₂^2-与O₂²⁺互为等电子体，写出O₂²⁺的电子式

 

．
（6）铁在一定条件下可形成体心立方堆积的晶体，设铁原子半径为r，请用含r的代数式表示该晶体空间利用率

 

．

Answer 1

考点：晶胞的计算,原子核外电子排布,“等电子原理”的应用,晶体熔沸点的比较,原子轨道杂化方式及杂化类型判断

专题：化学键与晶体结构

分析：（1）镍属于28号元素，根据构造原理可以写出该原子的核外电子排布式；
（2）Fe的外围电子为价电子，根据价电子排布式判断；
（3）根据碳原子成键类型判断杂化类型；
（4）根据离子半径比较，离子键的晶格能，判断熔沸点；
（5）根据NaCl晶胞配位数结合题目中给出的条件判断配位数；等电子体的结构相似，故O₂²⁺的电子式与C₂^2-的电子式相似，根据C₂^2-的电子式判断；
（6）计算出铁原子的体积与晶胞体积之比为空间利用率．

解答： 解：（1）镍属于28号元素，根据构造原理可以写出该原子的核外电子排布式，Ni的核外电子排布式是1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸4s²，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸4s²；
（2）Fe原子价电子排布式为：3d⁶4s²，结合泡利不相容原理，写出价电子排布图：，
故答案为：；
（3）结合乙烯结构，可知碳碳双键中碳原子采用sp²杂化；结合乙炔结构可知碳碳三键中碳原子采用sp杂化，丙烯腈中含有碳碳双键和碳碳三键，碳原子杂化类型为：sp²、sp，故答案为：sp²、sp；
（4）Ni0、Fe0的晶体结构类型均与氯化钠的相同，说明二者都是离子晶体，离子晶体的熔点与离子键的强弱有关，离子所带电荷数越多，离子半径越小，离子键越强，熔点越高．由于Ni²⁺的离子半径小于Fe²⁺的离子半径，属于熔点是NiO＞FeO，故答案为：＞；离子半径大，晶格能小，熔点低；
（5）依据题目描述：晶胞沿一个方向拉长，即一个平面的长与宽不相等，可知1个C₂^2-周围距离最近且相等的Ca²⁺数目不再是6，而为4；等电子体的结构相似，故O₂²⁺的电子式与C₂^2-的电子式相似，C₂^2-含有三对共用电子，O₂²⁺的电子式为，故答案为：4；；
（6）体心立方中含有1+8×

1

8

=2；晶胞中铁原子的体积为：2×

4

3

×π×r3=

8πr3

3

；体心立方中，体对角线上为三个铁原子相切，则体对角线为4r，晶胞边长为：

4

3

r=

4 3

3

r，晶胞体积为：(

4 3

3

r)3，空间利用率为：

8πr3 3

( 4 3 3 r)3

×100%=

3

8

π×100%≈68%，
故答案为：68%．

点评：题目综合性大，涉及核外电子排布、化学键、晶体性质、晶胞等，旨在考查学生对基础知识的掌握，空间利用率难度较．