Question

【化学——选修3物质结构与性质】

2015年8月12号接近午夜时分，天津滨海新区一处集装箱码头发生爆炸。发生爆炸的是集装箱内的易燃易爆物品，爆炸火光震天，并产生巨大蘑菇云。根据掌握的信息分析，装箱区的危险化学品可能有钾、钠、氯酸钠、硝酸钾、烧碱，硫化碱、硅化钙、三氯乙烯、氯碘酸等。运抵区的危险化学品可能有环己胺、二甲基二硫、甲酸、硝酸铵、氰化钠、4，6-二硝基苯-邻仲丁基苯酚等。

回答下列问题：

（1）在组成NH₄NO₃、NaCN两种物质的元素中第一电离能最大的是              （填元素符号），解释原因                                                。

（2）二甲基二硫和甲酸中，在水中溶解度较大的是           （填名称），原因                       ；烧碱所属的晶体类型为        ；硫化碱（Na₂S）的S^2-的基态电子排布式是                   。

（3）硝酸铵中，NO₃^-的立体构型为       ，中心原子的杂化轨道类型为                      。

（4）1mol化合物NaCN中CN^-所含的π键数为______，与CN^-互为等电子体的分子有            。（CN）₂又称为拟卤素，实验室可以用氰化钠、二氧化锰和浓硫酸在加热条件下制得，写成该制备的化学方程式                                       。

（5）钠钾合金属于金属晶体，其某种合金的晶胞结构如图所示。合金的化学式为               ；晶胞中K 原子的配位数为      ；已知金属原子半径r（Na）=186pm、r（K）=227pm，计算晶体的空间利用率                           （列出计算式，不需要计算出结果）。

Answer

（1）N；同周期元素的第一电离能由左向右总体呈增大的趋势，同主族由上到下，元素的第一电离能逐渐减小，但N原子的2p能级为半充满的稳定结构，其第一电离能比O的大，故第一电离能最大的是N。

（2）甲酸；因为甲酸和水分子之间可以形成氢键，二甲基二硫和水分子之间只有范德华力。

离子晶体，［Ne］3p23p6

（3）平面正三角形，sp2杂化

（4）2NA，N2或CO，2NaCN+MnO2+2H2SO4（浓）=MnSO4+Na2SO4+(CN)2↑+2H2O

（5）Na3K(KNa3)；6；

【解析】

试题分析：（1）同周期元素第一电离能自左而右呈增大趋势，同主族自上而下元素第一电离能逐渐减小，但N原子的2p能级为半满稳定状态，第一电离能高于氧元素的，故NH4NO3、NaCN两种物质的元素中第一电离能最大的是N。

故答案为：N；同周期元素第一电离能自左而右呈增大趋势，同主族自上而下元素第一电离能逐渐减小，但N原子的2p能级为半满稳定状态，第一电离能高于氧元素的；

（2）甲酸与水形成氢键，而二甲基二硫不能，故二甲基二硫和甲酸中溶解度较大的是甲酸，烧碱由钠离子和氢氧根构成，所以烧碱是离子晶体，S2-离子核外有18个电子，其基态电子排布式为1s2s22p63s23p6，

故答案为：甲酸；甲酸与水形成氢键；离子晶体；1s2s22p63s23p6；

（3）NO3-离子中氮原子的孤电子对数==0，价层电子对数=3+0=3，所以NO3-立体构型为平面三角形，中心原子氮原子的杂化轨道类型sp2。

故答案为：平面三角形；sp2；

（4）原子序数相等、价电子总数也相等的微粒互为电子，CN-与N2互为等电子体，二者结构相似，CN-中含有C≡N三键，三键中含有1个σ键、2个π键数，所以1mol化合物NaCN中CN-所含的π键数为2NA，CN-中含有两个原子、10个价电子，与CN-互为等电子体的分子有CO、N2，

根据制取氯气的反应可知，氰化钠、二氧化锰和浓硫酸在加热条件下制得（CN）2，反应化学方程式为：2NaCN+MnO2+2H2SO4(CN)2+Na2SO4+MnSO4+2H2O。

故答案为：2NA；CO、N2；2NaCN+MnO2+2H2SO4(CN)2+Na2SO4+MnSO4+2H2O；

（5）晶胞中，钠原子数为12×1/4=3，钾原子数为8×1/8=1，所以合金的化学式为KNa3，

根据晶胞图可知，每个K 原子周围有6个钠原子，所以晶胞中K 原子的配位数为6，

晶胞中钠原子和钾原子体积之和为4/3π[（186pm）3×3+（227pm）3]，晶胞的边长为钠原子和钾原子的直径之和为2×（186pm+227pm），所以晶胞的体积为（2×186pm+2×227pm）3，晶体的空间利用率为{π[（186pm）3×3+（227pm）3]÷（2×186pm+2×227pm）3}×100%=×100%，

故答案为：KNa3；6；×100%

考点：考查晶胞的计算

【名师点睛】本题考查了位置、结构与性质关系的综合应用，题目难度中等，涉及核外电子排布、电离能、杂化方式、配合物、晶体类型与性质、晶胞计算等知识，明确原子结构与元素周期律、元素周期表的关系为解答关键，试题培养了学生的分析能力及灵活应用能力。在考查核外电子排布、第一电离能时，要特别注意全空、半充满、全充满状态，比如第一电离能C＜O＜N，比如29号元素Cu，其原子核外有29个电子，核外电子排布式为1s22 s22p63s23p63d104s1，而不是1s22 s22p63s23p63d94s2；根据晶胞类型利用均摊法计算每个晶胞中含有的原子个数时，正方体中，顶点上的原子被8个晶胞占有，面上的原子被2个晶胞占有，棱上的原子被4个晶胞占有，体心上的原子被1个晶胞占有，这是准确计算晶胞质量或密度的前提。

（1）同周期元素第一电离能自左而右呈增大趋势，同主族自上而下元素第一电离能逐渐减小，但N原子的2p能级为半满稳定状态，第一电离能高于同周期相邻元素的；

（2）与水分子形成氢键，增大物质的溶解度；烧碱由钠离子和氢氧根构成，属于离子晶体；S2-离子核外电子数为18，根据能量最低原理可书写其基态电子排布式；

（3）NO3-离子中氮原子的孤电子对数==0，价层电子对数=3+0=3；

（4）原子序数相等、价电子总数也相等的微粒互为电子，CN-与N2互为等电子体，CN-中含有C≡N三键，三键中含有1个σ键、2个π键数；根据制取氯气的反应可知，氰化钠、二氧化锰和浓硫酸在加热条件下制得（CN）2，还生成硫酸锰、硫酸钠与水；

（5）根据均摊法计算晶胞中Na、K原子数目，确定合金的化学式，根据晶胞图可知，每个K 原子周围有6个钠原子；根据晶胞的结构可知，晶胞的边长为钠原子和钾原子的直径之和，晶体的空间利用率为×100%