Question

层状复合金属氢氧化物（简称“层状氢氧化物”），主体层板由二元（或多元）金属氢氧化物层构成，层间阴离子可以被其他阴离子取代，因此可以作为离子交换剂，在材料、化工、医药和环境保护等方面有着广泛的用途。镁铝碳酸根型水滑石是人们最早发现的层状氢氧化物。回答下列问题：

（1）下列状态的镁中，电离最外层一个电子所需能量最小的是___________(填标号）。

A.B.C.D.

（2）一种水滑石的化学式为Mg₄Al₂(OH)₁₂CO₃•H₂O.其层板结构如图1。CO₃^2-中碳的杂化类型是____。在图中最小的一个二维菱形晶胞（以图中Al为顶点）中含有___________个Al³⁺。每个镁氧八面体周围有_______________个相邻铝氧八面体和_______________个相邻镁氧八面体。

（3）水滑石中氢氧化物层的OH^-和层间阴离子间的主要作用力为_______________，水滑石作为离子交换剂，去除水体中阴离子去除效果依次为：PO₄^3->CrO₄^2->NO₃^-，其原因是___________

（4）当加热到一定温度时，水滑石类化合物会发生分解，部分产物转化为尖晶石结构的Mg_xAl_yO_z，晶体结构如图2所示，它的化学式为___________;A块、B块均为边长为apm的立方体，设阿伏加德罗常数为N_A，则最近的两个Al离子之间的距离为___________pm，密度为___________g•cm^-3(列出计算表达式）。

Answer

D sp2 1 3 3 氢键 阴离子带电荷越高，受到吸引力越强 MgAl2O4 a

【解析】

(1)根据电子排布图得出粒子状态，3p轨道的电子能量高于3s，第二电离能大于第一电离能，据此分析解答；

(2)计算CO32-中C原子的价电子对数和孤电子对数，判断C原子的杂化方式，结合侧板结构图分析各微粒个数；

(3)OH-和层间阴离子间可形成氢键，根据阴离子所带电荷与受到的吸引力之间的关系进行分析解答；

(4)利用均摊法计算晶胞中个原子的个数，利用公式，结合立体几何知识进行计算。

(1)BC微粒都是Mg原子失去一个电子后得到的，但是C微粒能量高于B，稳定性B＞C，所以失电子能量B＞C；AD都是原子，但是A是基态、D是激发态，能量：D＞A，稳定性A＞D，所以失去一个电子能量：A＞D；B为Mg+、A为Mg原子，B再失去电子所需能量就是Mg原子的第二电离能，A失去一个电子的能量是Mg原子的第一电离能，其第二电离能大于第一电离能，所以电离最外层一个电子所需能量B＞A，因此，电离最外层一个电子所需能量最小的是D，故答案为：D。

(2)CO32-中C原子的价电子对数为，不含孤电子对，则其杂化类型为sp2杂化，在图1中，以图中Al为顶点，最小的一个二维菱形晶胞中含有1个Al3+。每个镁氧八面体周围有3个相邻铝氧八面体和3个相邻镁氧八面体，故答案为：sp2；1；3；3；

(3)水滑石中的氢氧化物层的OH-和层间阴离子间可形成氢键，由于阴离子带电荷越高，受到吸引力越强，阴离子所带电荷数PO43->CrO42->NO3-，所以水滑石作为离子交换剂，去除水体中阴离子去除效果依次为：PO43->CrO42->NO3-，故答案为：氢键；阴离子带电荷越高，受到吸引力越强；

(4)根据晶胞结构示意图可知，O2-占据晶胞的顶点、面心、棱心和体心，其个数为，Mg2+位于晶胞的体内，个数为2，Al3+位于晶胞的体内、棱心和面心，其个数为，因此其化学式为MgAl2O4，已知A块、B块均为边长为apm的立方体，则最近的两个Al离子之间的距离为，一个晶胞的质量，体积V=2a3×10-30cm3，则密度，故答案为：。