Question

【化学一选修3：物质结构与性质】
以色列科学家谢赫特曼因发现准晶体而独享2011年诺贝尔化学奖．
（1）一些准晶体材料十分“平滑”，例如聚四氟乙烯，可用于制造汽车活塞等．聚四氟乙烯单体为CF₂=CF₂，单体中碳原子杂化方式为

 

．四氟乙烯中有

 

个δ键，四氟乙烯属于

 

分子（选填“极性”“非极性”），沸点C₂F₄

 

C₂Cl₄（选填“＞”“＜”）．
（2）1982年谢赫特曼发现的准晶体是锰与另一种短周期元素X形成的凝固态．
①Mn原子在基态时核外电子排布式为

 

．金属锰为体心立方晶胞，若晶胞中距离最近的锰原子核间距离为a pm，则金属锰晶体的密度为

 

g/cm³．
②已知元素X与同周期相邻Y、Z两元素性质如下表．锰与X在准晶体中的结合力为

 

．谢赫特曼发现的准晶体分子的结构如图所示，则该晶体的化学式为

 

．它呈

 

面体．

元素	X	Y	Z
电负性	1.5	1.2	1.8
第一电离能（kJ/mol）	578	738	787
第二电离能（kJ/mol）	1817	1451	1577
第三电离能（kJ/mol）	2745	7733	3232
第四电离能（kJ/mol）	11575	10540	4355

Answer 1

考点：晶胞的计算,原子核外电子排布,原子轨道杂化方式及杂化类型判断

专题：化学键与晶体结构

分析：（1）根据碳原子之间的共价键类型判断杂化类型；根据碳原子之间和碳氟之间的共价键判断；根据空间构型判断分子的极性；根据存在的微粒类型判断其晶体类型，根据晶体类型判断熔沸点高低；
（2）①根据Mn原子序数，根据能量最低原则、泡利不相容原理和洪特规则判断；根据ρ=

M

Vm

计算密度；
②根据X的电负性和电离能判断出X为Al元素，与Mn结合在一起的化学键为金属键；根据均摊法计算出Mn与Al原子数目比，得到化学式；利用晶胞结构判断晶胞的空间构型．

解答： 解：（1）CF₂=CF₂中碳原子之间以碳碳双键结合，为平面结构，杂化类型为sp²杂化；分子内C与F形成δ键，共有4条δ键，碳碳双键中含有1条δ键，共有5条δ键；四氟乙烯为平面构型且高度对称，故其正负电荷重心重合，为非极性分子；C₂F₄和C₂Cl₄组成微粒都是分子，熔沸点取决于范德华力，由于C₂Cl₄相对分子质量大，则范德华力较大，所以熔沸点较高，
故答案为：sp²；5；非极性；＜；
（2）①Mn原子序数为25，根据能量最低原则、泡利不相容原理和洪特规则写出核外电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s²；Mn为体心立方，则一个晶胞中含有两个Mn原子；距离最近的锰原子的距离为位于晶胞顶点和位于体心的Mn的距离，则晶胞边长=

2 3 a

3

pm=

2 3 a

3

×10-10cm，一个晶胞体积为(

2 3 a

3

×10-10)3cm³，ρ=

M

Vm

=

55

( 2 3 a 3 ×10-10)3 2 ×NA

=

1.2

a3

×106，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s²；

1.2

a3

×10-6g/cm³；
②X第三电离能与第四电离能之间有较大的差距，说明X最外层电子数为3，且电负性小于2，属于金属，可推断为Al元素，Mn是金属，二者以金属键结合；观察该准晶体分子的结构可知：Mn数为1，Al位于顶点共有12个，其分子式为：MnAl₁₂；结合分子构型，展开空间想象，共有20个面，为20面体，
故答案为：金属键；MnAl₁₂；20．

点评：本题综合考查物质结构与性质，涉及核外电子排布规律、电离能、杂化理论、分子结构、晶胞结构等，难度中等．