Question

I．2016年，我国研制的大型运输机运－20正式进入投产，标志着我国成为少数几个能生产大型军用运输机的国家之一。

（1）运－20的外壳大量使用了AM系列Mg-Al-Mn，铝的价电子排布图为_________________，第一电离能铝___________（填“大于”、“等于”或“小于”）镁

（2）为了减轻飞机的起飞重量并保持机身强度，运－20使用了大量的树脂材料，其中一种树脂材料的部分结构如图1所示，其中碳原子的杂化方式为___________，其个数比为___________

           

II．大型飞机的高推重比发动机被誉为航空工业皇冠上的“宝石”，采用大量的金属钨作为耐高温耐磨损材料

（3）钨元素位于第六周期第VIB族，价电子排布的能级与Cr相同，但排布方式与Cr有所不同，请写出钨原子的价层电子排布式___________

（4）图2为碳和钨形成的一种化合物的晶胞模型，碳原子和钨原子个数比为___________，其中一个钨原子周围距离最近且相等的碳原子有___________个。

Answer

小于 sp2 、sp3 3:1 5d46s2 1:1 6

【解析】

（1）根据基态Al原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p1，确定铝原子的价电子排布图；镁、铝在元素周期表中位于同一周期，镁属于第ⅡA族元素，铝属于第ⅢA族元素，基态第ⅡA族元素的原子最外层电子填充的ns处于全充满，np处于全空，体系比较稳定，故基态第ⅡA族元素的原子的第一电离能比同周期相邻主族元素的第一电离能大；

（2）结合该物质的结构简式，根据价层电子对数确定该物质中碳原子的杂化方式；

（3）钨元素位于第六周期第VIB族，价电子排布的能级与Cr相同，但排布方式与Cr有所不同，根据铬原子的价层电子排布式确定钨原子的价层电子排布式；

（4）根据晶胞结构图，在顶点的原子被6个晶胞共用，在面心的原子被2个晶胞共用，在棱上的原子被3个晶胞共用，在体心的原子，不被其他晶胞共用，用于均摊法计算出晶胞中碳原子和钨原子个数。

（1）基态Al原子的价电子排布式为3s23p1，故铝的价电子排布图为；基态Mg原子的核外电子排布式为1s22s22p63s2， Mg元素的3s能级为全满状态，3p能级为全空状态，体系比较稳定，能量低不容易失去一个电子，所以铝的第一电离能比镁低。

（2）根据该树脂的结构简式，分子中的碳原子没有孤电子对，苯环中的每个碳原子形成3个键，不是苯环上的碳原子，每个碳原子形成4个键， 所以该物质中苯环上的碳原子采用sp2杂化，不是苯环上的碳原子采用sp3杂化；采用sp2杂化的碳原子数为6n+6m，采用sp3杂化碳原子数为2m+2n，故采用sp2杂化的碳原子数与sp3杂化碳原子数之比为：(6n+6m)：(2m+2n)=3:1；

（3）钨元素位于第六周期第VIB族，价电子排布的能级与Cr相同，但排布方式与Cr有所不同，铬原子的价层电子排布式为3d54s1，故钨原子的价层电子排布式5d46s2；

（4）碳和钨形成的一种化合物的晶胞模型，在此结构中钨原子数目为1+2×+12×+6×=6，晶胞内部有6个C原子，故碳原子和钨原子个数比为6:6=1:1；以晶胞体内钨原子可知，1个钨原子周围距离钨原子最近的碳原子有6个。

【点晴】

本题考查元素原子结构与性质相互关系的综合应用。需要注意的是，同周期中，元素原子的第一电离能的反常现象，即IIA族、VA族元素原子的价电子排布分别为ns2、ns2np3，其结构分别满足为全满和半满状态，这两族元素原子较为稳定，故第一电离能反常。如本题第（1）小题，Mg元素与Al元素第一电离能比较中，Mg>Al，因Mg原子最外层的电子3s能级处于全充满状态，3p能级处于全空状态，体系比较稳定。