Question

12．血红素是血红蛋白分子上的主要稳定结构，为血红蛋白、肌红蛋白的辅基，其分子结构如图．
（1）基态铁原子中有26种运动状态完全不同的电子，基态铁原子价层电子排布式为3d⁶4s²．
（2）血红素的中心离子配位数为4，血红素分子结构中碳原子的杂化方式为sp²和sp³．
（3）血红素的组成元素中，第一电离能最大的是N．由血紅素的组成元素所组成的离子中与NH₃互为等电子体的是H₃O⁺．
（4）相同条件下，C、O、N三种非金属元素所对应的最简单的氢化物的沸点由高到低的顺序为H₂O＞NH₃＞CH₄．
（5）下列说法正确的是ABC．
A．CH₄和NH${\;}_{4}^{+}$键角相同               
B．H₂O、O₃分子都是折线形
C．每个CO₂、HCN分子中都含有两个σ键和两个π键
D．每个龙脑分子（）中有3个手性碳原子．
（6）对于某种铁的同素异形体用晶体X射线衍射法测定得到以下结果：该种铁晶体晶胞为面心立方最密堆积，晶胞边长为a cm，又知道该种铁晶体的密度为ρg/cm³，这种Fe的相对原子质量为m，阿伏伽徳罗常数为$\frac{4m}{ρ{a}^{3}}$（列式表示即可）．

Answer 1

分析 （1）核外有多少电子，就有多少种运动状态不同的电子，基态铁原子核外有26个电子，根据核外电子排布规律书写基态原子的电子排布式，根据基态铁原子核外电子排布书写价层电子排布式；
（2）血红素的中心离子为Fe²⁺，配位数指与铁离子共价的原子，根据杂化理论分析碳原子的杂化方式；
（3）同一主族元素的第一电离能随着原子序数的增大而减小，同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大而增大，注意同一周期的第ⅡA元素的第一电离能大于第ⅢA族，第ⅤA族的大于第ⅥA族；原子数总数相同、电子总数相同的微粒，互称为等电子体；
（4）分子之间存在氢键沸点升高，同类型，相对分子质量越大，沸点越高；
（5）A．根据CH₄和NH₄⁺的微粒空间结构判断键角；
B．根据杂化理论分析H₂O、O₃分子空间结构；
C．单键为σ键和双键为σ键和π键，三键含1个σ键和2个π键；
D．有机分子中碳原子连四个不同的原子或原子团时，称为不对称碳原子（或手性碳原子）；
（6）铁的晶胞为面心立方最密堆积，则晶胞中含有铁的数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，边长为a cm，则晶胞的体积为（acm）³，以此可计算1cm³铁晶体中含有晶胞的数目，结合ρ=$\frac{m}{V}$计算阿伏伽德罗常数．

解答 解：（1）Fe元素为26号元素，原子核外有26个电子，所以核外电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，核外有26个电子，有26种完全不同的电子，基态Fe原子核外处在能量最高的能级为3d，3d上存在4个未成对电子，所以基态铁原子价层电子为3d⁶4s²，
故答案为：26；3d⁶4s²；
（2）血红素的中心离子为Fe²⁺，与铁离子共价的原子有4个，所以配位数为4，血红素分子结构中碳原子有甲基、亚甲基、碳碳双键、碳氧双键、碳氮单键，所以其杂化为sp²和sp³，
故答案为：4；sp²和sp³；
（3）血红素中含有C、H、O、N、Fe五种元素，同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大而增大，As和Fe属于同一周期，第一电离能As＞Fe，同一主族元素的第一电离能随着原子序数的增大而减小，N和As属于同一主族，所以第一电离能N＞As、，C、N、O属于同一周期，但第五主族元素的第一电离能大于第六主族元素的，所以C、N、O三种元素的第一电离能由小到大的顺序是C、O、N；氢元素的第一电离能最小，所以血红素的组成元素中，第一电离能最大的是N，NH₃为4原子10电子微粒，由血红素的组成元素所组成的离子与氨气等电子体的为：H₃O⁺，
故答案为：N；H₃O⁺；
（4）C、O、N三种非金属元素所对应的最简单的氢化物分别为：CH₄、H₂O、NH₃，都形成分子晶体，H₂O、NH₃分子之间存在氢键，CH₄分子间不能形成氢键，H₂O相对分子质量最大，故沸点：H₂O＞NH₃＞CH₄，
故答案为：H₂O＞NH₃＞CH₄；
（5）A．CH₄和NH₄⁺都为正四面体结构，键角都为109.18′相同，故A正确；
B．H₂O中O原子的价层电子对个数=2+$\frac{1}{2}$（6-2×1）=4且含有2个孤电子对，所以O原子采用sp³杂化，其空间构型为V形（折线形）结构；O₃中价层电子对个数都是3且都含有一对孤电子对，所以分子空间构型都是V形（折线形），都是折线形，故B正确；
C．CO₂结构式为O=C=O，每个CO₂含有两个σ键和两个π键，HCN结构式为H-C≡N，每个HCN分子含有两个σ键和两个π键，故C正确；
D．龙脑分子（中只有与羟基相连的碳原子为手性碳原子，故D错误；
故答案为：ABC；
（6）钙的晶胞为面心立方最密堆积，则晶胞中含有Ca的数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，边长为558pm，边长为a cm，则晶胞的体积为（acm）³，
则1cm³铁晶体中含有晶胞的数目为$\frac{1}{{a}^{3}}$，ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{mg/mol×4}{{N}_{A}}}{{a}^{3}c{m}^{3}}$=ρg•cm^-3，
N_A=$\frac{4m}{ρ{a}^{3}}$，故答案为：$\frac{4m}{ρ{a}^{3}}$．

点评 本题主要考查了基态原子的核外电子排布、键角、氢化物的沸点、配位键等知识，题目难度中等，侧重于考查学生对基础知识的综合应用能力，注意把握血红素分子结构获取解题信息．