Question

3．碳族元素的單質(zhì)及其化合物是一類重要物質(zhì)，請(qǐng)回答下列問題．
（1）基態(tài)碳原子的價(jià)電子排布圖是a．
a．    b．
請(qǐng)闡述其原因是a價(jià)電子排布使整個(gè)原子的能量最低．
（2）氯化鋁晶體易溶于水，也溶于乙醇和乙醚，熔點(diǎn)190℃（2.5 大氣壓），熔化的氯化鋁不易導(dǎo)電．178℃升華為二聚體Al₂Cl₆（結(jié)構(gòu)如圖1所示）．AlCl₃晶體是分子晶體，在二聚體Al₂Cl₆有配位鍵，請(qǐng)用箭頭在圖中標(biāo)出．
（3）硼酸（H₃BO₃）是一元弱酸，與水反應(yīng)生成[B（OH）₄]^-而產(chǎn)生氫離子，則[B（OH）₄]^-中B原子的雜化類型為sp³，[B（OH）₄]^-的空間結(jié)構(gòu)為正四面體．
（4）已知鈦酸鍶廣泛應(yīng)用于氫能領(lǐng)域，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖2所示，則鈦酸鍶的化學(xué)式為SrTiO₃．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)能量最低原理，基態(tài)碳原子的價(jià)電子排布式為2s²2p²；
（2）分子晶體的熔沸點(diǎn)較低，氯化鋁的熔沸點(diǎn)較低，所以為分子晶體；
氯化鋁中鋁原子最外層電子只有3個(gè)電子，形成3個(gè)共價(jià)鍵，每個(gè)鋁原子和四個(gè)氯原子形成共價(jià)鍵，且其中一個(gè)共用電子對(duì)是氯原子提供形成的配位鍵；
（3）計(jì)算B原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)、孤電子對(duì)數(shù)，確定B原子雜化方式與空間構(gòu)型；
（4）利用均攤法計(jì)算晶胞中Sr、Ti、O原子數(shù)目，進(jìn)而確定化學(xué)式．

解答 解：（1）根據(jù)能量最低原理，基態(tài)碳原子的價(jià)電子排布式為2s²2p²，價(jià)電子排布圖，
故答案為：a；a價(jià)電子排布使整個(gè)原子的能量最低；
（2）分子晶體的熔沸點(diǎn)較低，氯化鋁的熔沸點(diǎn)較低，所以為分子晶體；
氯化鋁中鋁原子最外層電子只有3個(gè)電子，形成3個(gè)共價(jià)鍵，每個(gè)鋁原子和四個(gè)氯原子形成共價(jià)鍵，且其中一個(gè)共用電子對(duì)是氯原子提供形成的配位鍵，如圖，
故答案為：分子；；
（3）[B（OH）₄]^-中B的價(jià)層電子對(duì)=4+$\frac{1}{2}$（3+1-4×1）=4，所以采取sp³雜化，B原子沒有孤電子對(duì)，為正四面體構(gòu)型，
故答案為：sp³；正四面體；
（4）晶胞中Sr原子數(shù)目為8×1，Ti原子數(shù)目為1，O原子數(shù)目為6×$\frac{1}{2}$=3，故化學(xué)式為SrTiO₃，
故答案為：SrTiO₃．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的考查，涉及核外電子排布、晶體類型與性質(zhì)、配位鍵、雜化方式、空間構(gòu)型、晶胞計(jì)算等，需要學(xué)生熟練掌握基礎(chǔ)知識(shí)，難度中等．