Question

能源、材料和信息是现代社会的三大“支柱”．
（1）目前，利用金属或合金储氢的研究已取得很大进展，如图是一种镍基合金储氢后的晶胞结构图．
①Ni原子的价电子排布式是

 

．
②该合金储氢后，含1mol La的合金可吸附H₂的数目为

 

．
（2）南师大结构化学实验室合成了一种多功能材料--对硝基苯酚水合物（化学式为C₆H₅NO₃?1.5H₂O）．实验表明，加热至94℃时该晶体能失去结晶水，由黄色变成鲜亮的红色，在空气中温度降低又变为黄色，具有可逆热色性；同时实验还表明它具有使激光倍频的二阶非线性光学性质．
①晶体中四种基本元素的电负性由大到小的顺序是

 

．
②对硝基苯酚水合物失去结晶水的过程中，破坏的微粒间作用力是

 

．
（3）科学家把NaNO₃和Na₂O在一定条件下反应得到一种白色晶体，已知其中阴离子与SO₄^2-互为等电子体，且该阴离子中的各原子的最外层电子都满足8电子稳定结构．该阴离子的电子式是

 

，其中心原子N的杂化方式是

 

．
（4）在金刚石晶体的一个晶胞（如图1）中，含有

 

个碳原子．在二氧化硅晶体的一个晶胞中，含有

 

个化学键．原子晶体能否形成最密堆积结构，原因是

 

．
（5）铁晶体的晶胞结构（如图2）：若铁原子的半径是r cm，则铁的密度是

 

．

Answer 1

考点：晶胞的计算,原子核外电子排布,元素电离能、电负性的含义及应用

专题：化学键与晶体结构

分析：（1）①、Ni是28号元素，价电子数为10，价电子排布式为3d⁸4s²，②、根据镍基合金储氢后的晶胞结构图，利用均摊法，可知每个晶胞中含有La、H₂的个数关系，从而可解决问题；
（2）①、根据元素周期律可知四种元素的电负性大小，②、根据C₆H₅NO₃?1.5H₂O中微粒间的作用力可解决问题；
（3）根据等电子原理及NaNO₃和Na₂O反应后元素守恒，可以推出白色晶体中的阴离子，进一步推出N的杂化方式；
（4）利用均摊法，可算出金刚石晶体的一个晶胞中的碳原子数，SiO₂结构和金刚石相似，相当于把金刚石中的碳换在硅，然后在每两个硅之间插入一个氧原子，由此可看出化学键的个数，原子晶体中原子之间是以共价键结合的，共价键有饱和性和方向性，一个原子不能形成12条共价键，所以原子晶体就不能形成配位数是12的最密堆积结构；
（5）根据铁的摩尔质量及晶胞中含有铁原子的个数及晶胞的体积可求得铁的密度．

解答： 解：（1）①、Ni是28号元素，价电子数为10，价电子排布式为3d⁸4s²，故答案为：3d⁸4s²；
②、根据镍基合金储氢后的晶胞结构图，利用均摊法，可知每个晶胞中含有La原子数为1、H₂分子数为2×

1

2

+8×

1

4

=3，所以当含1mol La时合金可吸附H₂的数目为3N_A．故答案为：3N_A；
（2）①对硝基苯酚水合物中含O、N、C、H四种元素，H在第一周期ⅠA族，电负性在这四种元素中最小，而O、N、C都位于第二周期，且原子序数逐渐减小，根据元素周期律同周期元素随着原子序数的递增，电负性逐渐增大，可知这四种元素的电负性大小顺序为：O＞N＞C＞H，故答案为：O＞N＞C＞H；
②、在C₆H₅NO₃?1.5H₂O中，从热至94℃时该晶体能失去结晶水，在空气中温度降低又变为黄色，可以看出C₆H₅NO₃ 和H₂O之间作用应为氢键，故答案为：氢键；
（3）NaNO₃和Na₂O反应后的阴离子应含氮元素和氧元素，再根据和SO₄^2-互为等电子体（即含32个价电子、5个原子）可知该阴离子为

NO

3- 4

，其电子式为：，根据这一电子式可以看出中心原子N的杂化方式是sp³，故答案为：；sp³；
（4）利用均摊法，可算出金刚石晶体的一个晶胞中的碳原子数为8×

1

8

+6×

1

2

+4=8，SiO₂结构和金刚石相似，相当于把金刚石中的碳换成硅，然后在每两个硅之间插入一个氧原子，由于金刚石的一个晶胞中含有16个共价键，则二氧化硅晶体的一个晶胞中含有32个共价键，由于原子晶体中原子之间是以共价键结合的，共价键有饱和性和方向性，一个原子不能形成12条共价键，所以原子晶体就不能形成配位数是12的最密堆积结构，
故答案为：8；32； 原子晶体是原子之间是以共价键结合的，共价键有饱和性和方向性，一个原子不能形成12条共价键，所以原子晶体就不能形成配位数是12的最密堆积结构；
（5）根据铁的摩尔质量及晶胞中含有铁原子的个数及晶胞的体积可求得铁的密度．
设晶胞的边长为a，
在铁晶胞中8个在顶点上的原子都不相互接触，但都与位于正立方体中心的原子接触，从几何图形上说就是相切．因此当晶胞左上方的两个原子（①②）为一上边，以右下方的两个原子（③④）为下边，切过中心原子（⑤）可得一倾斜的平面，平面图为：，如果画一个立方体图就是 ，对角上的两个原子核间的距离是原子半径的4倍．根据勾股定理可以推算出，立方体对角线与边长的关系如图：，所以可得4r=

3

a，即a=

4r

3

，由此得晶胞的体积V=a³=

64r3

3 3

，


由于每个晶胞中含有2个铁原子，所以铁的密度ρ=

56×2 NA

V

g/cm³=

21 3

4NAr3

g/cm³，故答案为：

21 3

4NAr3

 g/cm³．

点评：本题主要考查了学生对晶体结构的掌握情况，同时也考查了轨道杂化、微粒间作用力、电负性、核外电子排布等内容，本题的难点在于晶体密度的求算，对学生空间想象要求较高，对数学基本功也有很高的要求，难度较大．