Question

3．1915年诺贝尔物理学奖授予HenryBragg和LawrenceBragg，以表彰他们用X射线对晶体结构的分析所作的贡献．
（1）科学家通过X射线探明，NaCl、KCl、MgO、CaO晶体结构相似，其中三种晶体的晶格能数据如表：

晶体	NaCl	KC1	CaO
晶格能/（kJ•mol-1）	786	715	3401

四种晶体NaCl、KCl、MgO、CaO熔点由高到低的顺序是MgO＞CaO＞NaCl＞KCl，Na原子核外有4  种不同的能级．
（2）科学家通过X射线推测胆矾中既含有配位键，又含有氢键，其结构示意图可简单表示如图，其中配位键和氢键均采用虚线表示．
①实验证明，用蒸汽密度法测得的H₂O的相对分子质量比用化学式计算出来的相对分子质量要大，原因是水分子间存在氢键，氢键会使水分子成为缔合水分子，所以计算出来的相对分子质量较大．
②SO₄^2-中S原子的杂化类型是sp³，与其互为等电子体的离子有ClO₄^-、PO₄^3-（任写两种）
③已知[Cu（ NH₃）₄]²⁺具有对称的空间构型，[Cu（ NH₃）₄]²⁺中的两个NH₃被两个Cl^-取代，能得到两种不同结构的产物，用[Cu（NH₃）₄]²⁺的空间构型为平面正方形
④写出基态Cu²⁺的外围电子排布式3d⁹；金属钢采用面心立方堆积方式，已知Cu原子的半径为r pm，N_A表示阿伏加徳罗常数，金属铜的密度是$\frac{4×64}{{N}_{A}（2\sqrt{2}r×1{0}^{-10}）^{3}}$  g/cm³（列出计算式）．

Answer 1

分析 （1）影响晶体晶格能大小的因素有离子半径以及离子所带电荷的多少，晶格能越大熔点越高；基态Na原子核电电子排布式为1s²2s²2p⁶3s¹；
（2）①因为水分子间存在氢键，氢键会使水分子成为缔合水分子，使得体积变小，所以用蒸汽密度法测得的H₂O的相对分子质量比理论计算出来的相对分质量较大；
②根据S原子的价电子对数进行判断；具有相同原子数和价电子数的微粒互称为等电子体；
③形成4个配位键，具有对称的空间构型，可能为平面正方形或正四面体，如为正四面体，[Cu（NH₃）₄]²⁺中的两个NH₃被两个Cl^-取代，只有一种结构；
④铜为29号元素，根据原子核外电子排布规律书写Cu²⁺外围电子排布式，根据均摊法计算出晶胞中铜原子数，Cu原子的半径为r pm，则晶胞的边长2$\sqrt{2}$r pm，晶胞的体积为（2$\sqrt{2}$r×10^-10）³cm³，根据ρ=$\frac{m}{V}$计算密度．

解答 解：（1）离子半径Mg²⁺＜Na⁺＜O^2-＜Ca²⁺＜Cl^-；离子电荷数Na⁺=Cl^-＜O^2-=Mg²⁺=Ca²⁺，离子晶体的离子半径越小，带电荷数越多，晶格能越大，则晶体的熔沸点越高，则有NaCl、KCl、MgO、CaO熔点由高到低的顺序是MgO＞CaO＞NaCl＞KCl，根据基态Na原子的电子排布式可知Na原子核外有4个不同的能级；
故答案为：MgO＞CaO＞NaCl＞KCl；4；
（2）①因为水分子间存在氢键，氢键会使水分子成为缔合水分子，使得体积变小，所以用蒸汽密度法测得的H₂O的相对分子质量比理论计算出来的相对分质量较大，
故答案为：水分子间存在氢键，氢键会使水分子成为缔合水分子，所以计算出来的相对分子质量较大；
②SO₄^2-中S的价电子对数=$\frac{6+2}{2}$=4，形成四条杂化轨道，S原子的杂化方式为sp³，具有相同原子数和价电子数的微粒互称为等电子体，所以与SO₄^2-互为等电子体的微粒有ClO₄^-、PO₄^3-等；
故答案为：sp³；ClO₄^-、PO₄^3-等；
③形成4个配位键，具有对称的空间构型，可能为平面正方形或正四面体，如为正四面体，[Cu（NH₃）₄]²⁺中的两个NH₃被两个Cl^-取代，只有一种结构，所以应为平面正方形，
故答案为：平面正方形；
④铜为29号元素，其原子外围电子排布式为3d¹⁰4s¹，则Cu²⁺外围电子排布式为3d⁹；根据均摊法计算出晶胞中铜原子数为=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，Cu原子的半径为r pm，则晶胞的边长为2$\sqrt{2}$r pm，晶胞的体积为（2$\sqrt{2}$r×10^-10）³cm³，所以铜的密度=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{4×64}{{N}_{A}}}{（2\sqrt{2}r×1{0}^{-10}）^{3}}$g/cm³=$\frac{4×64}{{N}_{A}（2\sqrt{2}r×1{0}^{-10}）^{3}}$g/cm³，
故答案为：3d⁹；$\frac{4×64}{{N}_{A}（2\sqrt{2}r×1{0}^{-10}）^{3}}$．

点评 本题考查的内容较杂，涉及到离子晶体的晶格能、金属晶体结构、配合物的结构以及晶胞的计算等，难度不大，注重对基础知识的考查．