Question

钕铁硼磁铁是最常使用的稀土磁铁，被广泛应用于电子产品中。生产钕铁硼磁铁的主要原材料有稀土金属钕、纯铁、铝、硼以及其他物质。请回答下列问题：

(1)钕(Nd)为60号元素，在元素周期表中位于第____周期；基态Fe^2＋外围电子的轨道表达式为_____________。

(2)实验测得AlCl₃的实际存在形式为Al₂Cl₆，其分子的球棍模型如图所示。

①该分子中Al原子采取______杂化。

②Al₂Cl₆与过量NaOH溶液反应生成Na[Al(OH)₄]，[Al(OH)₄]^－中存在的化学键有____（填标号）。

A．离子键　　B．极性共价键　　C．金属键　　D．非极性共价键　　E．氢键

(3)FeO是离子晶体，其晶格能可通过如下的Born﹣Haber循环计算得到。

基态Fe原子的第一电离能为___kJ·mol^-1，FeO的晶格能为___kJ·mol^-1。

(4)因材料中含有大量的钕和铁，容易锈蚀是钕铁硼磁铁的一大弱点，可通过电镀镍(Ni)等进行表面涂层处理。已知Ni可以形成化合物四羰基镍［Ni(CO)₄］，其为无色易挥发剧毒液体，熔点为－25 ℃，沸点为43 ℃，不溶于水，易溶于乙醇、苯、四氯化碳等有机溶剂，四羰基镍的晶体类型是_______，写出与配体互为等电子体的分子和离子的化学式为_____、_____（各写一种）。

(5)已知立方BN晶体硬度很大，其原因是________；其晶胞结构如图所示，设晶胞中最近的B、N原子之间的距离为a nm，阿伏加德罗常数的值为N_A，则晶体的密度为_____g·cm^-3（列式即可，用含a、N_A的代数式表示）。

Answer

六 sp3 B 762.5 3902 分子晶体 N2 CN- 立方BN晶体是原子晶体，B-N键键能大，所以质地坚硬

【解析】

(1)Nd为60号元素，根据各个周期中包含的元素种类数目及元素周期表结构确定其所在的位置；根据构造原理书写Fe2+核外电子排布，并用轨道表达式表达；

(2)①A12C16为双聚分子结构式，根据图知，每个Al原子价层电子对个数是4，根据价层电子对互斥理论判断Al原子杂化类型；

②[Al(OH)4]－中Al离子和O原子之间存在配位键、O-H原子之间存在极性键，配位键也属于共价键；

(3)根据第一电离能和晶格能的定义，结合图示数据解答；

(4)根据晶体的性质判断其晶体类型，结合等电子体含义书写配体CO互为等电子体的分子和离子的化学式；

(5)已知立方BN晶体硬度很大，说明原子之间作用力很强，属于原子晶体，用均摊方法根据密度计算公式计算NA的值。

(1) Nd为60号元素，由于元素周期表中各个周期包含的元素种类数目分别是2、8、8、18、18、32、32，则Nd为第六周期第IIIB族，Fe是26号元素，原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，则Fe2+核外电子排布为1s22s22p63s23p63d6，价层电子的轨道表达式为：；

(2)①A12C16为双聚分子结构式，根据图知，每个Al原子价层电子对个数是4，根据价层电子对互斥理论判断Al原子杂化类型为sp3杂化；

②[Al(OH)4]－中Al离子和O原子之间存在配位键、O-H原子之间存在极性键，配位键也属于共价键，故合理选项是B；

(3)Fe原子的第一电离能为Fe(g)原子失去1个电子形成Fe+(g)所需要的能量，故Fe的第一电离能为：762.5 kJ/mol；FeO晶格能是成Fe2+(g)与O2-(g)形成1 mol FeO晶体释放的能量，根据图示可知FeO晶格能为3902 kJ/mol；

(4)化合物四羰基镍［Ni(CO)4］，其为无色易挥发剧毒液体，熔点为-25℃，沸点为43℃，不溶于水，易溶于乙醇、苯、四氯化碳等有机溶剂，说明其构成微粒之间作用力小，具有分子晶体的特点，故四羰基镍的晶体类型是分子晶体，四羰基镍［Ni(CO)4］的配位体是CO，含有2个原子，电子总数为14，所以根据等电子体的含义可知与CO互为等电子体的分子为N2，离子为CN-；

(5)立方BN晶体硬度很大，其原因是立方BN晶体是原子晶体，原子半径小，B-N键键能大，断裂消耗很高能量，故质地坚硬，熔沸点高；

根据BN晶体结构可知，在一个晶胞中含有的N原子数为：8×+6×=4，含有的B原子数目为4×1=4，即一个晶胞中含有4个BN，晶胞中最近的B、N原子之间的距离为a nm，该距离等于晶胞体对角线长度的，晶胞体对角线长度=4a nm，晶胞棱长= nm，晶胞体积为V=( nm)3=(×10-7cm)3，阿伏加德罗常数的值为NA，ρ== g/cm3。