Question

目前我国研制的稀土催化剂催化转化汽车尾气示意图如下：

     

(1)Zr原子序数为40，价电子排布式为4d²5s²，它在周期表中的位置是_______________。

(2)图中互为等电子体的两种气体分子是_____________。

(3)C₃H₈中所有碳原子的杂化方式是___________。

(4)图中属于非极性的气体分子是_______________________。

Fe、Mn元素的部分电离能数据列于下表中

元素	Fe	Mn
电离能(kJ·mol^-1)	I1	759	717
I2	1561	1509
I3	2957	3248

(5)从上表两元素部分电离能数据比较的可知，气态Mn²⁺再失去一下电子比气态Fe²⁺再夫去一个电子难，原因是_____________。

(6)CO与Ni可生成羰基镍[Ni(CO)₄]，已知其中镍的化合价为0，镍原子在基态时核外电子排式为_____________，[Ni(CO)₄]的配体是_________，配位原子是__________。

(7)为了节省贵金属并降低成本，也常用钙钛矿型复合氧化物作为催化剂。一种复合氧化物结构如图所示，则与每个Sr²⁺紧邻的O^2-有______个。

(8)与Zr相邻的41号元素Nb金属的晶格类型为体心立方晶格，原子半径为apm，相对原子质量为b，阿伏加德罗常数为N_A，试计算晶体铌的密度为______________g·cm^-3(用来a、b、N_A表示计算结果)。

Answer

第五周期ⅣB族 N2、CO sp3 N2、O2、CO2 Mn2+转为化Mn3+时，3d能级由较稳定的3d5半充满状态转变为不稳定的3d4状态 1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar] 3d84s2 CO C 12

【解析】

(1)根据原子序数和价电子排布式分析其在元素周期表中的位置；

(2)原子总数相同，价电子总数也相同的分子、离子或基团为等电子体；

(3)根据C3H8中碳原子的成键方式判断杂化方式；

(4)正负电荷中心重合的分子为非极性分子；

(5)根据Mn2+和Fe2+的核外电子排布分析；

(6)镍元素为28号元素；配合物中一般由金属离子提供空轨道，非金属原子提供孤对电子；

(8)根据原子半径计算晶胞棱长，得到晶胞体积，根据均摊法计算晶胞中原子数目，计算质量，再根据计算密度。

(1)Zr原子序数为40，价电子排布式为4d25s2，最高能层为5，位于周期表第5周期，价电子数为4，位于第4纵列，所以位于第ⅣB族，即Zr位于周期表第5周期ⅣB族；

(2)N2和CO原子总数相同，价电子总数均为10，二者互为等电子体；

(3)C3H8分子中每个C原子含有4个σ键，所以每个C原子价层电子对数是4，则C原子采用sp3杂化；

(4)O2和N2是以非极性键结合的双原子一定为非极性分子；CO2中含有极性键，空间构型为直线形，结构对称，分子中正负电荷中心重叠，为非极性分子；

(5)由Mn2+转化为Mn3+时，3d能级由较稳定的3d5半充满状态转为不稳定的3d4状态需要的能量较多；而Fe2+到Fe3+时，3d能级由不稳定的3d6到稳定的3d5半充满状态，需要的能量相对要少；

(6)镍元素为28号元素，根据核外电子排布规律可知基态Ni原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar] 3d84s2；[Ni(CO)4]的配体是CO，虽然C和O原子都有孤电子对，但C的电负性较小更容易给出电子，所以配位原子为C；

(7)根据晶胞结构示意图可知，位于棱心上的12个O2-与Sr2+紧邻；

(8)体心立方堆积中体对角线上的三个原子相切，设晶胞棱长为x，则有x=4a，所以x=apm，则晶胞的体积V=3pm3=3×10-30cm3；根据均摊法，晶胞中所含Nb原子的个数为=2，所以晶胞的质量m=g，所以晶胞的密度为=g·cm-3。