Question

15．可以由下列反应合成三聚氰胺：
CaO+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaC₂+CO↑
CaC₂+N₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaCN₂+C
CaCN₂+2H₂O═NH₂CN+Ca（OH）₂
NH₂CN与水反应生成尿素[CO（NH₂）₂]，尿素合成三聚氰胺．
（1）写出与Ca在同一周期且最外层电子数相同、内层排满电子的基态原子的价层电子排布式3d¹⁰4s²．CaCN₂中阴离子为CN${\;}_{2}^{2-}$，与CN${\;}_{2}^{2-}$互为等电子体的分子有N₂O和CO₂（填化学式），由此可以推知CN${\;}_{2}^{2-}$的空间构型为直线形．
（2）尿素分子中C原子采取sp²杂化．
（3）三聚氰胺俗称“蛋白精”．动物摄入三聚氰胺和三聚氰酸后，三聚氰酸与三聚氰胺分子相互之间通过C结合，在肾脏内易形成结石．
A．共价键　　B．离子键　　C．分子间氢键
（4）CaO晶胞如图所示，CaO晶体中Ca²⁺的配位数为6．已知CaO晶体的密度为ρ，用N_A表示阿伏加德罗常数，求晶胞中距离最近的两个钙离子之间的距离$\sqrt{2}$$\root{3}{\frac{28}{ρ×6.02×1{0}^{23}}}$（已知Ca-40、O-16，列出计算式）．CaO晶体和NaCl晶体的晶格能分别为CaO 3 401kJ•mol^-1、NaCl 786kJ•mol^-1．导致两者晶格能差异的主要原因是CaO晶体中Ca ²⁺、O ^2-的带电量大于NaCl晶体中Na⁺、Cl^-的带电量．

Answer 1

分析 （1）与Ca在同一周期且最外层电子数相同、内层排满电子的基态原子是锌，根据构造原理写出该原子的核外电子排布式；根据等电子体的概念确定与CN₂^2-互为等电子体的分子，根据二氧化碳的空间构型确定CN₂^2-离子的空间构型；
（2）根据价层电子对互斥理论确定尿素的VSEPR模型，根据模型确定其杂化方式；
（3）氢键普遍存在于已经与N、O、F等电负性很大的原子形成共价键的氢原子与另外的N、O、F等电负性很大的原子之间；
（4）以钙离子为中心，沿X、Y、Z三轴进行切割，从而确定钙离子配位数；密度等于质量除体积，摩尔质量除阿佛加德罗常数等于一个分子的质量，选择CaO晶胞中的小立方体模型列式求解钙离子间距；晶格能大小与离子带电量成正比，与离子半径成反比．

解答 解：（1）与Ca在同一周期且最外层电子数相同、内层排满电子的基态原子是锌，根据构造原理，基态的锌原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²或[Ar]3d¹⁰4s²，价电子排布式为3d¹⁰4s²；与CN₂^2-互为等电子体的分子有N₂O和CO₂；等电子体具有相同的价电子数、原子总数，结构相似，二氧化碳分子是直线形，所以CN₂^2-离子的空间构型是直线形，
故答案为：3d¹⁰4s²；CO₂；直线形；
（2）CO（NH₂）₂分子中中心原子C原子上含有三个σ键一个π键，所以空间构型是平面三角形，碳原子采取sp²杂化，
故答案为：sp²；
（3）三聚氰酸与三聚氰胺分子相互之间能形成氢键，所以是通过分子间氢键结合，在肾脏内易形成结石，
故答案为：C；
（4）以钙离子为中心，沿X、Y、Z三轴进行切割，结合图片知，钙离子的配位数是6；把CaO晶胞看作有8个小立方体无隙并置而成，取$\frac{1}{8}$立方体作为研究对象，利用均摊法计算出Ca ²⁺、O ^2-的个数分别为：4×$\frac{1}{8}$=$\frac{1}{2}$，即含$\frac{1}{2}$个CaO，其质量为$\frac{1}{2}$×$\frac{56}{6.02×10{\;}^{23}}$，设其边长为a，则其体积为a³，据公式ρ=$\frac{m}{V}$得：ρ×a³=$\frac{1}{2}$×$\frac{56}{6.02×10{\;}^{23}}$，a=$\root{3}{\frac{56}{2×ρ×6.02×10{\;}^{23}}}$，从上图可以看出，处于正方形对角线的两个离子的间距最小，所以晶胞中距离最近的两个钙离子之间的距离d=$\sqrt{2}$a=$\sqrt{2}$×$\root{3}{\frac{56}{2×ρ×6.02×10{\;}^{23}}}$=$\sqrt{2}$$\root{3}{\frac{28}{ρ×6.02×1{0}^{23}}}$；晶格能大小与离子带电量成正比，CaO晶体中Ca ²⁺、O ^2-的带电量大于NaCl晶体中Na⁺、Cl^-的带电量，导致的氧化钙晶格能大于氯化钠的晶格能，
故答案为：6；$\sqrt{2}$$\root{3}{\frac{28}{ρ×6.02×1{0}^{23}}}$；CaO晶体中Ca ²⁺、O ^2-的带电量大于NaCl晶体中Na⁺、Cl^-的带电量．

点评 本题考查了物质结构知识，难度不大，易错点是配位数的确定，以一种微粒为中心，沿X、Y、Z三轴进行切割，从而确定配位数．