Question

【化学——选修3：物质结构与性质】（15分）

金属铝、铁、铜与人类生产、生活息息相关。

（1）聚合硫酸铁（简称PFS）的化学式为[Fe（OH）n（SO4）（3-n）/2]m是常用的水处理剂，与PFS中铁元素价态相同的铁离子的电子排布式为

（2）下列关于[Cu（NH3）4]SO4、K4[Fe（CN）6]、Na3A1F6的说法中正确的有__________（填正确答案标号）；

a．三种物质中含有的化学键类型均有离子键和配位键

b．[Cu（NH3）4]SO4中含有NH3分子，其水溶液中也含有大量NH3分子

c．三种物质的组成元素中第一电离能最大的是氮元素

d．K4[Fe（CN）6]与Na3AIF6的中心离子具有相同的配位数

（3）已知NF3与NH3的空间构型相同，但NF3不易与Cu2+形成配离子，其原因_____________，

（4）氯和钾与不同价态的铜可生成两种化合物，其阴离子均为无限长链结构（如图所示），a位置上的Cl原子的杂化轨道类型为   _________________ 。已知其中一种化合物的化学式为KCuCl3，则另一种化合物的化学式为________________；

（5）用晶体的X射线衍射法可以测得阿伏加德罗常数的值。对金属铜的测定得到以下结果：铜晶胞为面心立方最密堆积，边长为361pm。又知铜的密度为9.0g·cm－3，则铜原子的直径约为           pm，阿伏加德罗常数的值为               （列式计算，结果保留三位有效数字）。

Answer

（1）1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5（2）ad （3）N、H、F三种元素的电负性为F＞N＞H，在NF3 中，共用电子对偏向氟原子，偏离氮原子，使得氮原子上的孤对电子对难以与Cu2+形成配位键 （4）sp3杂化（2分）；K2CuCl3 （5）（或255）；（361×10－10cm）3×9 g·cm－3=（8×1/8+6×1/2） ×64 g·mol－1/NA mol－1 则NA≈6.05×1023（结果接近6.0×1023即可）

【解析】

试题分析：（1）常用的水处理剂，可以铁离子水解生成胶体，则为+3价铁，则铁离子的电子排布为：1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5（2）a、晶体中国存在化学键类型为配位键和离子键；b、铜离子和氨分子之间形成配位键，不存在氨气分子，其水溶液中也不含有大量的氨气分子，错误；c、三种物质的组成元素中第一电离能最大的是氟元素，错误；d、中心离子具有相同的配位数，均为6，正确。所以选ad。（3）根据配合物结构判断，铜离子提供空轨道，氨气和三氟化氮中中心原子氮原子提供孤电子对，由于N、H、F三种元素的电负性为F＞N＞H，在NF3 中，共用电子对偏向氟原子，偏离氮原子，使得氮原子上的孤对电子对难以与Cu2+形成配位键。（4）a位置上氯原子成2个单键，含有2对孤对电子，杂化轨道数为4，所以杂化轨道类型为sp3杂化；一种化合物的化学式为KCuCl3，其中铜元素为+2价，故另一种化合物中铜为+1价，CuCl3原子团的化合价为-2，其化学式为K2CuCl3 （5）根据铜晶胞为面心立方最密堆积，边长为361 pm ，则铜原子的直径为（或255）；晶胞的体积为（361×10－10cm）3 ，根据质量=密度*体积计算，质量为（361×10－10cm）3×9 g·cm－3，由于一个铜晶胞中含有的铜原子数为8*1/8+6*1/2=4，则有（361×10－10cm）3×9 g·cm－3==（8×1/8+6×1/2） ×64 g·mol－1/NA mol－1 则NA≈6.05×1023。

考点：原子核外电子排布，原子轨道杂化方式，杂化类型，晶胞的计算

【名师点睛】杂化轨道的计算方法：

1、取代法

以中学常见的、熟悉的基础物质分子为原型，用其它原子或原子团取代原型分子中的部分原子或原子团，得到的新分子中心原子与原型分子对应的中心原子的杂化类型相同。如：

（1）CH3CH=CH2分子中C原子的杂化类型判断，看作乙烯基取代了甲烷分子中的一个H原子，则甲基C原子为sp3杂化，也可看作甲基取代了乙烯分子中的一个H原子，故两个不饱和C原子均为sp2杂化；

（2）（CH3）3N看作三个甲基取代了NH3分子中的三个H原子而得，所以其分子中N原子采用sp3杂化；

（3）H2O2看作羟基取代了H2O分子中一个H原子，H2O2中O原子应为sp3杂化；

（4）B（OH）3看作三个羟基取代了BF3中的F原子，可知B（OH）3中B原子为sp2杂化。

2、价电子对数计算法

对于ABm型分子（A为中心原子，B为配位原子），分子的价电子对数可以通过下列计算确定：n=1/2（中心原子的价电子数-每个配位原子予中心原子提供的价电子数×m），配位原子中卤素原子、氢原子提供1个价电子，氧原子和硫原子按提供2个价电子计算；若为离子，须将离子电荷计算在内：n=1/2（中心原子的价电子数-每个配位原子提供的价电子数×m±离子电荷数），阳离子取“－”，阴离子取“+”。根据价电子对数可以有以下结论：

分子

BeCl2

BF3

SiCl4

价电子对数

2

3

4

几何构型

直线型

平面三角形

正四面体

中心原子杂化类型

sp

sp2

sp3

一般来讲，计算出的n值即为杂化轨道数，能直接对映中心原子的杂化类型。如：SO42－的n=4，中心原子S原子为sp3杂化；NO3－的n=3，中心原子N原子为sp2杂化；ClO3－、ClO4－的n均为4，Cl原子均为sp3杂化（但离子空间构型不同，从价层电子对互斥模型看，前者为三角锥形，后者为正四面体型）。

这种方法不适用于结构模糊或复杂的分子、离子，如NO2+、H2B=NH2等的中心原子杂化类型学生就很难用该法进行判断，但可以从其它途径确定。

3、等电子原理应用

等电子体具有相同的结构特征，则等电子体的中心原子的杂化类型相同。用此方法将结构模糊或复杂的分子、离子转化成熟悉的等电子体，然后进行确定。如NO2+、H2B=NH2分别与CO2、CH2=CH2互为等电子体，而CO2、CH2=CH2中心原子C原子分别为sp、sp2杂化，则NO2+中心原子N原子为sp杂化，H2B=NH2中心原子B、N原子均为sp2杂化。

4、价键直查法

从杂化轨道理论可知，原子之间成键时，未杂化轨道形成键，杂化轨道形成键，若未参与成键，剩余的必然是杂化轨道上的孤对电子。在能够明确结构式的分子、离子中心原子杂化类型分析时，可直接用下式判断：杂化轨道数n=中心原子的σ键数+中心原子的孤电子对数（多重键中只有一个σ键，其余均为π键），可方便找到中心原子的杂化类型