Question

4．血红蛋白是高等生物体内负责运载氧的一种蛋白质（缩写为HB或HGB）．与正常血红蛋白相比，硫血红蛋白不能与氧呈可逆的结合．因此失去携带氧的能力．如图1所示为硫血红蛋白的结构．

请回答下列问题：
（1）硫血红蛋白所含非金属元素中，电负性最大的是O，第一电离能最大的是N．
（2）根据等电子体原理推断CS₂是非极性分子（填“极性”或“非极性”）．浓硫酸黏度较大的原因是硫酸分子间可以形成氢键．
（3）硫血红蛋白中C原子的杂化方式为sp²、sp³．在图中2用“→”标出N和Fe²⁺形成的配位键．
（4）铁的金属密堆积方式为体心立方结构，结构如图3所示．则晶胞中铁原子的配位数为8．如果铁原子的半径为r pm，列式并计算出该堆积方式的空间利用率$\frac{\sqrt{3}π}{8}$．

Answer 1

分析 （1）同一周期，自左而右电负性增大，同一主族，自上而下电负性减小；同主族，自上而下，元素的第一电离能减小，同一周期，自左而右元素的第一电离能增大，注意同一周期的第ⅡA元素的第一电离能大于第ⅢA族的，第ⅤA族的大于第ⅥA族的；
（2）具有相同原子数和最外层电子数的分子或离子叫等电子体，等电子体的结构和性质相似；分子间可以形成氢键使物质的粘度增大；
（3）根据C原子形成的σ键数目判断杂化类型；N原子最外层有5个电子，只需要形成3条键即可达到稳定结构，但是图中形成双键的N原子形成了四条键，显然有一条为配位键；（4）体心立方结构的配位数为8；利用均摊法计算晶胞的结构．

解答 解：（1）硫血红蛋白中所含非金属元素有：C、H、N、O、S，同周期元素从左到右元素的电负性逐渐增大，则有电负性C＜N＜O，H的电负性最小，所以电负性最大的是O；第一电离能最大的元素的原子是N；
故答案为：O；N；
（2）氧、硫属于同主族，CS₂和CO₂是等电子体，CO₂具有直线型结构的分子，正、负电荷中心重合，是为非极性分子，等电子体的结构相似，CS₂是非极性分子；硫酸分子中含有羟基，形成氢键，浓硫酸粘度较大的原因是分子间可以形成氢键；
故答案为：非极性；硫酸分子间可以形成氢键；
（3）甲基中C原子形成4个σ键，采取sp³杂化，形成双键的C原子形成3个σ键，采取sp²杂化；
N原子最外层有5个电子，只需要形成3条键即可达到稳定结构，但是图中形成双键的N原子形成了四条键，显然有一条为配位键，用“→”标出N和Fe²⁺形成的配位键为；
故答案为：sp²、sp³；；
（4）铁的金属密堆积方式为体心立方结构，晶胞中铁原子的配位数为8；体心立方中含有1+8×$\frac{1}{8}$=2个铁原子，晶胞中铁原子的体积为：2×$\frac{4}{3}$×π×r³，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：$\frac{4r}{\sqrt{3}}$，晶胞体积为：（$\frac{4r}{\sqrt{3}}$）³，空间利用率为：$\frac{2×\frac{4}{3}×π×{r}^{3}}{（\frac{4r}{\sqrt{3}}）^{3}}$=$\frac{\sqrt{3}π}{8}$，
故答案为：8；$\frac{\sqrt{3}π}{8}$．

点评 本题考查物质结构与性质，涉及元素性质递变规律、等电子原理应用、分子性质、配位键、晶胞计算等，（4）中计算为易错点、难点，需要学生具备一定的数学计算能力，题目难度中等．