Question

14．物質的結構決定物質的性質．請回答下列涉及物質結構和性質的問題：
（1）基態(tài)Cu²⁺的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹，其最外電子層的電子數為17．
（2）利用價層電子對互斥理論（VSEPR theory）預測多原子分子或離子立體構型時，認為價層電子間互斥力（F）的大小決定了夾角（∠）的大�。篎（孤電子對間）＞F（孤電子對-雙鍵電子）＞F（雙鍵電子-單鍵電子）＞F（單鍵電子間），則a．∠（孤-孤夾角）、b．∠（孤-雙夾角）、c．∠（雙-單夾角）、d．∠（單-單夾角）由大到小的排序為abcd（填編號）；XeF₄中Xe價層電子數為6對，畫出其VSEPR模型（含中心原子的孤電子對）．
（3）在圖1中，除NH₃、H₂O、HF外的同主族氫化物的沸點隨周期數增大而升高的原因是同為分子晶體，物質的組成與結構相似，相對分子質量越大，分子間作用力越大；
已知固態(tài)NH₃、H₂O、HF的氫鍵鍵能和結構如表：

物質	氫鍵X-H…Y	鍵能/kJ•mol-1
（HF）n	F-H…F	28.1
冰	O-H…O	18.8
（NH3）n	N-H…N	5.4

根據如表固態(tài)NH₃、H₂O、HF的結構示意圖解釋H₂O、HF、NH₃沸點依次降低的原因：單個氫鍵的鍵能是（HF）n＞冰＞（NH₃）_n，而平均每個分子含氫鍵數：冰中2個，（HF）_n和（NH₃）_n只有1個，氣化要克服的氫鍵的總鍵能是冰＞（HF）_n＞（NH₃）_n．
（4）石墨型BN呈白色，亦稱“白石墨”，“白石墨”在一定條件下可轉化為金剛石型BN．“白石墨”的結構示意圖和晶胞如圖2（中圖是晶胞底面從“白石墨”中的截取情況），則“白石墨”的密度為$\frac{100}{\sqrt{3}{N}_{A}{a}^{2}b}$g•cm^-3（以含a、b的代數式表示）．

Answer 1

分析 （1）根據Cu的電子排布式書寫Cu²⁺離子的電子排布式，注意原子形成離子先失去高能層中高能級電子，并可據此判斷其M電子層的電子數；
（2）使得價層電子對間的孤電子對斥力最小，則孤電子對應處于相對的位置，孤對電子間的排斥力較大，根據價層電子對互斥理論判斷構型，據此判斷；
（3）同主族氫化物一般都是分子晶體，除NH₃、H₂O、HF外，分子的相對分子質量越大，分子間的作用力越大，所以其沸點隨周期數增大而升高，在NH₃、H₂O、HF中，氨分子只有一對孤電子對，氟化氫分子只有一個氫原子，水分子有兩個氫原子和兩對孤電子對，所以每摩爾氨氣和氟化氫中都有1mol氫鍵，而每摩爾水中有2mol氫鍵，所以每摩爾水中含有氫鍵的鍵能為18.8kJ•mol^-1×2=37.6kJ•mol^-1，每摩爾NH₃中含有氫鍵的鍵能為5.4kJ•mol^-1，每摩爾HF中含有氫鍵的鍵能為28.1kJ•mol^-1，每摩爾物所含氫鍵鍵能越大，即分子間作用力越大，則沸點越高，據此判斷；
（4）根據石墨型BN的晶體結構可知，每個B原子周圍有3個σ鍵、沒有孤電子，N原子周圍有3個σ鍵，沒有孤電子，根據$ρ=\frac{m}{V}$計算密度．

解答 解：（1）Cu是29號元素，原子核外電子數為29，Cu²⁺離子的電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹，其M電子層的電子數為17，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹；17；
（2）使得價層電子對間的孤電子對斥力最小，孤對電子間的排斥力較大，故鍵角由大到小為abcd，則XeF₄分子中四個成鍵電子對處于同一平面上，兩對孤對電子在上方和下方，理想構型為三角雙錐形，VSEPR模型，
故答案為：abcd；；
（3）同主族氫化物一般都是分子晶體，除NH₃、H₂O、HF外，分子的相對分子質量越大，分子間的作用力越大，所以其沸點隨周期數增大而升高，在NH₃、H₂O、HF中，氨分子只有一對孤電子對，氟化氫分子只有一個氫原子，水分子有兩個氫原子和兩對孤電子對，所以每摩爾氨氣和氟化氫中都有1mol氫鍵，而每摩爾水中有2mol氫鍵，所以每摩爾水中含有氫鍵的鍵能為18.8kJ•mol^-1×2=37.6kJ•mol^-1，每摩爾NH₃中含有氫鍵的鍵能為5.4kJ•mol^-1，每摩爾HF中含有氫鍵的鍵能為28.1kJ•mol^-1，每摩爾物所含氫鍵鍵能越大，即分子間作用力越大，則沸點越高，所以H₂O、HF、NH₃沸點由高到低的順序依次為H₂O＞HF＞NH₃，
故答案為：同為分子晶體，物質的組成與結構相似，相對分子質量越大，分子間作用力越大；單個氫鍵的鍵能是（HF）n＞冰＞（NH₃）_n，而平均每個分子含氫鍵數：冰中2個，（HF）_n和（NH₃）_n只有1個，氣化要克服的氫鍵的總鍵能是冰＞（HF）_n＞（NH₃）_n；
（4）根據石墨型BN的晶體結構可知，每個B原子周圍有3個σ鍵、沒有孤電子，所以B原子按sp²雜化，N原子周圍有3個σ鍵，沒有孤電子，在BN晶胞中含有原子數共為$4×\frac{1}{12}$+4×$\frac{1}{6}$+2×$\frac{1}{3}$+2×$\frac{1}{6}$+1+1=10，其中半是B原子，一半是N原子，由于晶胞的下底面為內角為60°的棱形，所以晶胞的體積為$\frac{\sqrt{3}}{2}{a}^{2}b$，根根據$ρ=\frac{m}{V}$可知，其密度為$\frac{\frac{5×（11+14）}{{N}_{A}}}{\frac{\sqrt{3}}{2}{a}^{2}b}$g•cm^-3=$\frac{100}{\sqrt{3}{N}_{A}{a}^{2}b}$g•cm^-3，
故答案為：$\frac{100}{\sqrt{3}{N}_{A}{a}^{2}b}$g•cm^-3．

點評 本題考查核外電子排布、氫鍵、晶胞結構、性質等知識的應用，題目綜合性較強，晶胞的結構分析和計算是難點，題目難度中等．