Question

6．物质的结构决定物质的性质．请回答下列涉及物质结构和性质的问题：
（1）基态Cu²⁺的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹，其M电子层的电子数为17．
（2）VSEPR理论认为价层电子对间互斥力（F）大小顺序：F（孤电子对间）＞F（孤电子对-成键电子对）＞F（成键电子对间），已知XeF₄中Xe价层电子对数为6，其VSEPR模型为八面体，为使得价层电子对间的孤电子对斥力最小，预测XeF₄分子中的键角应为90°．
（3）除NH₃、H₂O、HF外，同主族氢化物的沸点随周期数增大而升高的原因是同为分子晶体，物质的组成与结构相似，相对分子质量越大，分子间作用力越大，沸点越高；
已知NH₃、H₂O、HF的氢键键能和结构如表：

物质	氢键X-H…Y	键能/kJ•mol-1
（HF）n	F-H…F	28.1
冰	O-H…O	18.8
（NH3）n	N-H…N	5.4

则如图1H₂O、HF、NH₃沸点由高到低的顺序依次为：H₂O＞HF＞NH₃．

（4）石墨型BN呈白色，亦称“白石墨”．“白石墨”的结构示意图和晶胞如图2（中图是晶胞底面从“白石墨”中的截取情况），则“白石墨”中B和N的杂化方式分别为sp²和sp²，白石墨的密度为$\frac{100}{\sqrt{3}{N}_{A}{a}^{2}b}$g•cm^-3（ 已知相对原子质量B：11  N：14     阿伏加德罗常数的数值用N_A表示）．

Answer 1

分析 （1）根据Cu的电子排布式书写Cu²⁺离子的电子排布式，注意原子形成离子先失去高能层中高能级电子，并可据此判断其M电子层的电子数；
（2）使得价层电子对间的孤电子对斥力最小，则孤电子对应处于相对的位置，则XeF₄分子中四个成键电子对处于同一平面上，据此判断；
（3）同主族氢化物一般都是分子晶体，除NH₃、H₂O、HF外，分子的相对分子质量越大，分子间的作用力越大，所以其沸点随周期数增大而升高，在NH₃、H₂O、HF中，氨分子只有一对孤电子对，氟化氢分子只有一个氢原子，水分子有两个氢原子和两对孤电子对，所以每摩尔氨气和氟化氢中都有1mol氢键，而每摩尔水中有2mol氢键，所以每摩尔水中含有氢键的键能为18.8kJ•mol^-1×2=37.6kJ•mol^-1，每摩尔NH₃中含有氢键的键能为5.4kJ•mol^-1，每摩尔HF中含有氢键的键能为28.1kJ•mol^-1，每摩尔物所含氢键键能越大，即分子间作用力越大，则沸点越高，据此判断；
（4）根据石墨型BN的晶体结构可知，每个B原子周围有3个σ键、没有孤电子，N原子周围有3个σ键，没有孤电子，据此判断杂化方式，在BN晶胞中含有原子数共为$4×\frac{1}{12}+4×\frac{1}{6}+2×\frac{1}{3}+2×\frac{1}{6}+1+1$=10，其中半是B原子，一半是N原子，由于晶胞的下底面为内角为60°的棱形，所以晶胞的体积为$\frac{\sqrt{3}}{2}$a²b，根据$ρ=\frac{m}{V}$计算密度；

解答 解：（1）Cu是29号元素，原子核外电子数为29，Cu²⁺离子的电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹，其M电子层的电子数为17，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹；17；
（2）使得价层电子对间的孤电子对斥力最小，则孤电子对应处于相对的位置，则XeF₄分子中四个成键电子对处于同一平面上，所以XeF₄分子中的键角应为90°，
故答案为：90°；
（3）同主族氢化物一般都是分子晶体，除NH₃、H₂O、HF外，分子的相对分子质量越大，分子间的作用力越大，所以其沸点随周期数增大而升高，在NH₃、H₂O、HF中，氨分子只有一对孤电子对，氟化氢分子只有一个氢原子，水分子有两个氢原子和两对孤电子对，所以每摩尔氨气和氟化氢中都有1mol氢键，而每摩尔水中有2mol氢键，所以每摩尔水中含有氢键的键能为18.8kJ•mol^-1×2=37.6kJ•mol^-1，每摩尔NH₃中含有氢键的键能为5.4kJ•mol^-1，每摩尔HF中含有氢键的键能为28.1kJ•mol^-1，每摩尔物所含氢键键能越大，即分子间作用力越大，则沸点越高，所以H₂O、HF、NH₃沸点由高到低的顺序依次为H₂O＞HF＞NH₃，
故答案为：同为分子晶体，物质的组成与结构相似，相对分子质量越大，分子间作用力越大，沸点越高；H₂O＞HF＞NH₃；
（4）根据石墨型BN的晶体结构可知，每个B原子周围有3个σ键、没有孤电子，所以B原子按sp²杂化，N原子周围有3个σ键，没有孤电子，所以N原子按sp²杂化，在BN晶胞中含有原子数共为$4×\frac{1}{12}+4×\frac{1}{6}+2×\frac{1}{3}+2×\frac{1}{6}+1+1$=10，其中半是B原子，一半是N原子，由于晶胞的下底面为内角为60°的棱形，所以晶胞的体积为$\frac{\sqrt{3}}{2}$a²b，根据$ρ=\frac{m}{V}$可知，其密度为$\frac{\frac{5×（11+14）}{{N}_{A}}}{\frac{\sqrt{3}}{2}{a}^{2b}}$g•cm^-3=$\frac{100}{\sqrt{3}{N}_{A}{a}^{2}b}$g•cm^-3，
故答案为：sp²和 sp²；$\frac{100}{\sqrt{3}{N}_{A}{a}^{2}b}$．

点评 本题考查核外电子排布、氢键、晶胞结构、性质等知识的应用，题目综合性较强，晶胞的结构分析和计算是难点，题目难度中等．