Question

[化学-选修3：物质结构与性质]

文艺复兴时期，群青颜料曾用在许多著名的油画上，当时群青颜料是由贵重的青金石研磨并制成的。青金石是指碱性铝硅酸盐矿物，其中含钠、铝、硅、硫、氯、氧等元素。

(1)硅元素基态原子的价电子轨道表示式为____________。

(2)第四周期中，与铝未成对电子数相同的金属元素有________种。

(3)Na⁺和Ne互为等电子体，电离能I₂(Na)________I₁(Ne)（填“>”或“<”）。

(4)①已知氯有多种含氧酸，其电离平衡常数如下：

化学式	HClO4	HClO3	HClO2	HClO
Ka	1×10^10	1×10^1	1×10^-2	4×10^-8

HClO₄的结构简式为_________，HClO₃中Cl原子的杂化轨道类型为________，HClO₂中含有的共价键类型为__________。以上几种含氧酸的酸性强弱不同，其原因为______________。

②氢卤酸（HX）的电离过程如图。ΔH₁和ΔH₂的递变规律都是HF>HCl>HBr>HI，其中ΔH₁(HF)特别大的原因为_________，影响ΔH₂递变的因素为______________。

(5)铝单质为面心立方晶体，晶胞参数a=q nm，铝的摩尔质量为Mg·mol^-1，原子半径为r pm，阿伏伽德罗常数的值为N_A。则铝单质的密度为________g·cm^-3（列式即可，下同），铝晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为____________。

Answer

4 > sp3 σ键和键 氯的含氧酸中非烃基氧原子数目越多，中心氯原子价态越高，正电性越高，导致Cl—O—H中的电子更向Cl偏移，越易电离出H+ HF的水溶液中存在氢键作用 原子半径（或键长或键能）

【解析】(1)硅为第14号元素，在周期表第三周期第ⅣA，硅的价电子轨道表示式为；

(2)Al的未成对电子数为1，第四周期中未成对电子数为1的有K[Ar]4s1、Se[Ar]3d14s2、Cu[Ar]3d104s1、Ga[Ar]3d104s24p1、Br[Ar]3d104s24p5、其中金属元素有4种；

(3)Na+和Ne电子层结构均为两层饱和结构，Na+质子数为11，大于Ne的质子数，因此对最外层电子的吸引力Na＞Ne，所以电离能I2(Na)＞I1(Ne)；

(4)①根据含氧酸的结构特点，HClO4的结构简式为，ClO3-中Cl原子的价层电子对数为3+=4，没有孤电子对，故其杂化轨道形成为sp3，HClO2的结构式为H—O—Cl=O，共价键类型为极性共价键（或σ键和键）；氯的含氧酸中非烃基氧原子数目越多，中心氯原子价态越高，正电性越高，导致Cl—O—H中的电子更向Cl偏移，越易电离出H+，酸性越强，故酸性：HClO＜HClO2＜HClO3＜HClO4。

②ΔH1表示液态卤化氢气化：HX(aq)→HX(g)，吸收的能量；气化需要克服分子间作用力，由于氟化氢分子间有氢键，所以分子间作用力大熔沸点高，气化所吸收的能量高ΔH1特别大，ΔH2表示卤化氢分解成原子，HX(g)→H(g)+X(g)是破坏共价键的过程，因此影响ΔH2递变的因素：从上到下原子半径越大，键长越小，越容易分解，ΔH2越小；

(5)Al是面心立方晶胞，平均占有的Al原子数为4个，根据密度公式：ρ=g/cm3，因此原子体积为4个球体的体积，占体积百分比=×100%=。

点睛：了解无机含氧酸酸性强弱的判断方法：无机含氧酸的通式可写成(HO)mROn，如果成酸元素R相同，则n值越大，R的正电性越高，使R—O—H中O的电子向R偏移，在水分子的作用下越易电离出H+，酸性越强；或者同一元素不同价态的含氧酸酸性不同，从结构上来说非羟基氧的个数越多，羟基这一侧的氢越容易电离，酸性越强。