Question

18．汽车尾气污染是造成雾霾天气的重要原因之一，解决这个问题除了限制汽车出行外，更重要的是研发催化汽车尾气的转化技术，该技术中催化剂及载体的选择和改良是关键，某稀土催化剂催化转化汽车尾气示意图如图甲

（1）下列有关说法正确的是bd．
a．C₃H₈与CH₃CH=CH₃一样，分子中碳原子都采用的是SP³杂化
b．N₂、CO₂、H₂O都是非极性分子
c．每个CO₂分子中，含有2个π键和2个σ键⁺
d．CO的一种等电子体为NO⁺，它的电子式为
（2）CO与Fe可生成羰基铁[Fe（CO）₅]，已知其中铁为0价，铁原子的基态核外电子排布式为[Ar]3d⁶4s²或者1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，[Fe（CO）₅]，中配位原子是C，理由是配体中C的电负性小于O，C原子核提供孤店子对配位能力强于O原子．
（3）C、N、O三种元素的第一电离能由大到小的顺序是N＞O＞C，Al₂O₃晶体熔点高是耐火材料，AlCl₃晶体易升华，熔点低，工业上电冶制取铝用前者而不用后者的原因是AlCl₃晶体易升华，熔点低，是分子晶体，熔融时不导电，无法电解．
（4）钙钛矿型符合氧化物也可作为汽车尾气转化的催化剂，一种复合氧化物晶胞结构如图乙所示，则与每个Sr²⁺与12个O^2-紧邻，若Sr²⁺与紧邻O^2-的核间距为apm，阿伏加德罗常数为N_A，则该氧化物晶体密度的计算表达式为$\frac{184}{NA（\sqrt{2}a×1{0}^{-10}）^{3}}g/c{m}^{3}$．

Answer 1

分析 （1）a．C₃H₈分子中，C原子采用sp³杂化；但是CH₃CH=CH₃，C原子采用sp³、sp²杂化；
b．同种元素之间形成非极性共价键，不同元素之间形成极性共价键，分子中正负电荷中心不重合，从整个分子来看，电荷的分布是不均匀的，不对称的，这样的分子为极性分子，以极性键结合的双原子一定为极性分子，以极性键结合的多原子分子如结构对称，正负电荷的重心重合，电荷分布均匀，则为非极性分子；
c．根据单键为σ键，双键含有1个σ键和1个π键，三键含有1个σ键和2个π键分析；
d．根据等电子体的定义，只要原子数目和电子总数（或价电子总数）相同就是等电子体，等电子体结构相似；
（2）Fe的原子序数为26，根据能量最低原理和洪特规则书写电子排布式；配位体：提供孤电子对的分子或离子；配位原子：配体中，提供电子对的原子；
（3）根据第一电离能的定义判断，指基态的气体原子失去一个电子形成+1价气态阳离子时所需的能量；根据物质性质及晶体类型选择冶制金属的方法；
（4）Sr²⁺在晶胞的体心，与之紧邻的O^2-在晶胞的棱上；根据公式D=$\frac{MZ}{NAV}$计算晶体密度，据此分析解答．

解答 解：（1）a．C₃H₈分子中每个C含有4个σ键，且每个C原子价层电子对个数是4，则C原子采用sp³杂化；CH₃CH=CH₃分子中存在C-C单和C=C原子，且每个C原子价层电子对个数是4，则C原子采用sp^3_和sp²杂化，故a错误；
b．N₂是以非极性键结合的双原子一定为非极性分子，CO₂中含有极性键，为直线形分子，结构对称，分子中正负电荷重心重叠，为非极性分子，H₂O的立体构型为v型，结构对称，分子重心重叠，为非极性分子，故b正确；
c．CO₂的结构式为O=C=O，中含有2个π键，2个σ键，故c错误；
d．CO的一种等电子体为NO⁺，CO的结构为C≡O，则NO⁺的电子式为，故d正确；
故答案为：bd；
（2）Fe的原子序数为26，根据能量最低原理和洪特规则可写出基态Fe原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²或者[Ar]3d⁶4s²，[Fe（CO）₅]中心原子是Fe，CO提供孤电子对为配体，配位原子是为C，理由是配体中C的电负性小于O，C原子核提供孤店子对配位能力强于O原子，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸4s²或者[Ar]3d⁶4s²；C；配体中C的电负性小于O，C原子核提供孤店子对配位能力强于O原子；
（3）根据第一电离能的定义判断，指基态的气体原子失去一个电子形成+1价气态阳离子时所需的能量，即N＞O＞C；根据物质性质及晶体类型选择冶制金属的方法，因为AlCl₃晶体易升华，熔点低，是分子晶体，熔融时不导电，无法电解所以电解Al₂O₃来制备金属铝，
故答案为：N＞O＞C；AlCl₃晶体易升华，熔点低，是分子晶体，熔融时不导电，无法电解；
（4）Sr²⁺在晶胞的体心，与之紧邻的O^2-在晶胞的棱上，12条棱，每个Sr²⁺紧邻的O^2-有12；由晶胞结构得N（sr²⁺）=1，N（O^2-）=12×$\frac{1}{4}$=3，N（Ti⁴⁺）=8×$\frac{1}{8}$=1 所以晶胞的分子式为SrO•TiO₂则M=88+16+48+16×2=184g/mol，Z=1，∵Sr²⁺与紧邻O^2-的核间距为apm，设晶胞的变成为x，则（2a）²=x²+x²解得x=$\sqrt{2}$a∴V=（$\sqrt{2}$a×10^-10）cm³  根据公式D=$\frac{MZ}{{N}_{A}V}$=$\frac{184}{{N}_{A}（\sqrt{2}a×1{0}^{-10}）^{3}}g/c{m}^{3}$，
故答案为：12；$\frac{184}{{N}_{A}（\sqrt{2}a×1{0}^{-10}）^{3}}g/c{m}^{3}$．

点评 本题是对物质结构的考查，涉及杂化、分子极性、等电子体、电子式、核外电子排布、配合物、晶体结构等，掌握相关知识是解答关键，题目难度中等．