高中化學(xué)魯科版 (2019)選擇性必修2微項目 青蒿素分子的結(jié)構(gòu)測定——晶體在分子結(jié)構(gòu)測定中的應(yīng)用教學(xué)演示課件ppt

這是一份高中化學(xué)魯科版 (2019)選擇性必修2微項目 青蒿素分子的結(jié)構(gòu)測定——晶體在分子結(jié)構(gòu)測定中的應(yīng)用教學(xué)演示課件ppt，共60頁。PPT課件主要包含了確定分子式，官能團(tuán)，碳骨架上的位置，課前自主學(xué)習(xí)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，相對分子質(zhì)量，質(zhì)譜儀，nC+1-，原子核，射頻輻射等內(nèi)容，歡迎下載使用。
學(xué)習(xí)任務(wù)一　有機(jī)化合物分子式、結(jié)構(gòu)式的確定任務(wù)驅(qū)動:　當(dāng)人們從自然界里得到某一新化合物并將其提純之后,測定其結(jié)構(gòu)就是最重要的工作了,只有確定了這種化合物分子的結(jié)構(gòu),才能進(jìn)一步了解和應(yīng)用這種化合物,那么,怎樣對有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行測定呢?一、有機(jī)化合物分子式的確定1.測定有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的流程(1)核心步驟:測定有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的核心步驟是___________,檢測分子中所含的_______及其在_______________。
(2)流程示意圖 2.有機(jī)化合物分子式的確定(1)要確定有機(jī)化合物的分子式,首先要知道該物質(zhì)由哪些_____組成,各元素的_________,必要時還要測量其_____________。
(2)元素組成的測定方法①碳、氫元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定——燃燒分析法 ②氧元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計算
(3)有機(jī)化合物相對分子質(zhì)量的測定用_______測定有機(jī)物的相對分子質(zhì)量。
二、有機(jī)物結(jié)構(gòu)式的確定1.確定有機(jī)物結(jié)構(gòu)式的流程 2.有機(jī)化合物分子不飽和度的計算(1)計算公式分子的不飽和度=____________。
(2)常見官能團(tuán)的不飽和度3.確定有機(jī)化合物的官能團(tuán)的物理方法(1)質(zhì)譜法:用電場和磁場將運(yùn)動的離子(帶_____的原子、分子或分子碎片,有分子離子、同位素離子、碎片離子、重排離子、多電荷離子、亞穩(wěn)離子、負(fù)離子和離子-分子相互作用產(chǎn)生的離子)按它們的質(zhì)荷比分離后進(jìn)行檢測的方法?？梢赃M(jìn)行相對分子質(zhì)量測定、化學(xué)式的確定及結(jié)構(gòu)鑒定等。
(2)紅外光譜法:將分子吸收紅外光的情況用儀器記錄就得到該試樣的紅外吸收光譜圖,利用光譜圖中吸收峰的波長、強(qiáng)度和形狀來判斷分子中的基團(tuán),對分子進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。(3)核磁共振譜法:NMR是研究_______對_________的吸收,它是對各種有機(jī)和_______的成分、結(jié)構(gòu)進(jìn)行定性分析的最強(qiáng)有力的工具之一,有時亦可進(jìn)行定量分析。(4)X射線衍射法:使用X射線探測某些分子或晶體結(jié)構(gòu)的科研方法。
學(xué)習(xí)任務(wù)二　晶胞參數(shù)和原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo)任務(wù)驅(qū)動:　不論是常規(guī)的化學(xué)實驗方法還是質(zhì)譜、紅外光譜等儀器測定的手段,都只能幫助我們認(rèn)識分子的官能團(tuán)等結(jié)構(gòu)特點并借此推測分子的結(jié)構(gòu),但如何對所含原子較多的分子的空間結(jié)構(gòu)做精準(zhǔn)判斷呢?
1.(1)晶胞參數(shù):_____的形狀和大小可以用6個參數(shù)來表示,此即_____特征參數(shù),簡稱晶胞參數(shù)。(2)晶胞參數(shù)是決定晶胞形狀、大小的一組參數(shù)。包括晶胞的3組_____(即晶體的軸長)a0、b0、c0和3組棱相互間的_____(即晶體的軸角)α、β、γ。晶胞形狀、大小與空間格子中的單位與平行六面體相對應(yīng)。
2.原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo)晶胞中任一個原子的中心位置均可用稱之為原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo)的三個分別小于1的數(shù)xj,yj,zj來予以規(guī)定。如CsCl立方晶胞中,處于原點和體心位置的Cl-和Cs+離子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)相應(yīng)表示為Cs(0,0,0), Cl(1/2,1/2,1/2)。
3.晶體的X射線衍射(1)原理:將具有一定波長的X射線照射到結(jié)晶性物質(zhì)上時,X射線因在結(jié)晶內(nèi)遇到規(guī)則排列的原子或離子而發(fā)生散射,散射的X射線在某些方向上相位得到加強(qiáng),從而顯示與結(jié)晶結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的特有的衍射現(xiàn)象,這種方法可以測定分子的結(jié)構(gòu)。(2)應(yīng)用:利用數(shù)學(xué)和物理知識對衍射所得圖像進(jìn)行復(fù)雜處理,可以測定晶體的晶胞參數(shù),推算得到晶胞中所有原子的坐標(biāo),從而計算出原子間的距離,判斷哪些原子間存在化學(xué)鍵以及化學(xué)鍵的類型,確定分子的空間結(jié)構(gòu)。
項目活動1　了解利用晶體測定分子結(jié)構(gòu)的意義　瘧疾是危害人類最大的疾病之一,人類對付瘧疾的最有力的藥物均源于兩種植物提取物,一是法國科學(xué)家19世紀(jì)初從植物金雞納樹皮上提取出的奎寧,二是我國科學(xué)家20世紀(jì)70年代從青蒿中提取的青蒿素。 1969年1月,屠呦呦以中醫(yī)研究院科研組長的身份,參加了“五二三項目”。1973年初開始測定青蒿素的組成與結(jié)構(gòu)。
【問題探究】1.在探究青蒿素分子組成和結(jié)構(gòu)的過程中,科研人員使用了哪些測定方法?通過這些測定方法分別可以得到哪些關(guān)于分子組成和結(jié)構(gòu)的信息?
2.測定青蒿素分子結(jié)構(gòu)時,科研人員遇到了什么困難?提示:不論是常規(guī)的實驗方法還是質(zhì)譜、紅外光譜等儀器的測定手段,都只能幫助我們認(rèn)識分子的官能團(tuán)等的結(jié)構(gòu)特點。3.為什么用一般的測定方法無法準(zhǔn)確的測定青蒿素分子的空間結(jié)構(gòu)?提示:因為一般方法只能測定簡單分子的官能團(tuán)以及分子結(jié)構(gòu),但是對于青蒿素這種復(fù)雜的分子的結(jié)構(gòu),一般方法難以進(jìn)行精準(zhǔn)判斷。4.如何測定青蒿素分子的空間結(jié)構(gòu)?提示:晶體的X射線衍射法。
【探究總結(jié)】1.青蒿素的組成與結(jié)構(gòu):(1)分子式:C15H22O5(2)相對分子質(zhì)量:282.33(3)結(jié)構(gòu):甲基、過氧基團(tuán)、帶有酯基的六元環(huán)
2.晶體X射線衍射法測定分子結(jié)構(gòu)的程序
【遷移應(yīng)用】1.某氣態(tài)有機(jī)物X含C、H、O三種元素,已知下列條件,現(xiàn)欲確定X的分子式,所需的最少條件是(　　)①X中含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)?、赬中含氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)?、踃在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積?、苜|(zhì)譜法確定X的相對分子質(zhì)量　⑤X的質(zhì)量A.①②　　　B.①②④　　　C.①②⑤　　　D.③④⑤【解析】選B。由C、H質(zhì)量分?jǐn)?shù)可推出O的質(zhì)量分?jǐn)?shù),由各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可確定X的實驗式,由相對分子質(zhì)量和實驗式即可確定X的分子式。
2.現(xiàn)代化學(xué)中儀器分析是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本方法和實驗手段。下列儀器分析手段的運(yùn)用科學(xué)可行的是(　　)A.光譜分析:利用原子光譜上的特征譜線來鑒定元素B.質(zhì)譜分析:利用質(zhì)荷比來測定分子立體結(jié)構(gòu)C.紅外光譜分析:利用分子吸收與化學(xué)鍵振動頻率相同的紅外線來測定晶體晶型D.X衍射圖譜分析:利用X射線透過物質(zhì)時記錄的分立斑點或譜線來測定分子結(jié)構(gòu)
【解析】選A。光譜分析:利用原子光譜上的特征譜線來鑒定元素,選項A正確;質(zhì)譜分析:利用質(zhì)荷比來測定有機(jī)物相對分子質(zhì)量,選項B錯誤;紅外光譜分析:利用有機(jī)化合物分子中不同基團(tuán)的特征吸收頻率不同來初步判斷有機(jī)化合物中具有哪些基團(tuán),選項C錯誤;X衍射圖譜分析:利用X射線透過物質(zhì)時記錄的分立斑點或譜線來測定晶體結(jié)構(gòu),選項D錯誤。
項目活動2　借助原子位置確定分子空間結(jié)構(gòu)　X射線晶體學(xué)是一門利用X射線來研究晶體中原子排列的學(xué)科。準(zhǔn)確地說,利用晶體對X射線的衍射效應(yīng),研究晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu),最終確定出不同的或相同的原子在晶胞內(nèi)的位置 。 根據(jù)科學(xué)家測定青蒿素分子結(jié)構(gòu)所進(jìn)行的主要工作的材料,探究借助X射線衍射測定分子結(jié)構(gòu)的基本思路。
【活動探究】1.活動用品泡沫板、泡沫球、細(xì)竹簽、毛衣針、直尺等。2.活動方案:
【探究總結(jié)】1.青蒿素的結(jié)構(gòu)和模型
2.認(rèn)識物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究目標(biāo)和實驗技術(shù)手段的關(guān)聯(lián),用晶體X射線技術(shù)測定物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本思路:
【遷移應(yīng)用】1.南京理工大學(xué)團(tuán)隊成功合成了能在室溫穩(wěn)定存在的五氮陰離子鹽(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl,經(jīng)X射線衍射測得晶體結(jié)構(gòu),其局部結(jié)構(gòu)如圖所示(其中 的立體結(jié)構(gòu)是平面五元環(huán))。下列說法正確的是(　　)A.所有N 原子的價電子層均有孤電子對B.氮氮鍵的鍵能: >H2N—NH2C.兩種陽離子是等電子體D.陰陽離子之間只存在離子鍵
【解析】選B。 中N原子形成4個σ鍵,沒有孤電子對,故A錯誤; 中氮氮原子間除形成σ鍵外,還形成一個大π鍵,氮氮鍵的鍵能: >H2N—NH2,故B正確;H3O+、 原子數(shù)不同,不是等電子體,故C錯誤;由圖可知,除陰、陽離子間形成離子鍵外,氯離子與銨根離子中H原子、H3O+中H原子與 中N原子、 中H原子與 中N原子形成氫鍵,故D錯誤。
2.晶體是具有整齊規(guī)則的幾何外形、固定熔點和各向異性的固態(tài)物質(zhì),是物質(zhì)存在的一種基本形式。下列相關(guān)敘述正確的是(　　) A.晶體中只要有陽離子就一定有陰離子B.區(qū)分晶體和非晶體最可靠的方法是對固體進(jìn)行X射線衍射實驗C.分子晶體中共價鍵鍵能越大熔點和沸點越高D.金屬晶體發(fā)生形變時,內(nèi)部金屬離子與“自由電子”的相互作用消失
【解析】選B。金屬晶體是由金屬陽離子和自由電子構(gòu)成的,所以晶體中有陽離子不一定存在陰離子,故A錯誤; 構(gòu)成晶體的粒子在微觀空間里呈現(xiàn)周期性的有序排列,晶體的這一結(jié)構(gòu)特征可以通過X射線衍射圖譜反映出來。因此,區(qū)分晶體和非晶體的最可靠的科學(xué)方法是對固體進(jìn)行X射線衍射實驗,故B正確; 分子晶體熔點和沸點與分子間作用力有關(guān),與共價鍵鍵能無關(guān),故C錯誤; 金屬晶體發(fā)生形變時其內(nèi)部金屬離子與“自由電子”發(fā)生滑動,但金屬離子和“自由電子”之間的相互作用仍然存在,故D錯誤。
3.(2020·煙臺高二檢測) X、Y、Z、W、Q五種前四周期元素,原子序數(shù)依次增大。已知X、Y、Z、W均為非金屬元素,XW2分子與 為等電子體,元素W的原子序數(shù)等于元素Z的原子序數(shù)加8,Q的最外層電子數(shù)為2,次外層電子數(shù)等于Y和W2-最外層電子數(shù)之和,根據(jù)以上信息回答下列問題:(1)上述五種元素中電負(fù)性最大的是________(填元素符號,下同),Y的第一電離能大于Z的第一電離能原因_____。(2)XW2的電子式為________。 的分子構(gòu)型為________。?(3)Q的價電子排布式為________。??
(4)下列關(guān)于WZ2結(jié)構(gòu)的說法正確的是__________。?a.WZ2是直線形非極性分子b.WZ2是直線形極性分子c.WZ2中W為sp3雜化d.WZ2中W為sp2雜化(5)d-QW的晶胞是立方體,用X射線衍射法測得該晶體晶胞棱長a=520.0 pm,26 ℃測得該晶體的密度為4.1 g·cm-3,請列式計算一個晶胞中含有的Q、W離子數(shù)。(5.23=140.6)
(6)d-QW的晶胞的一個側(cè)面的投影圖如圖所示,與Q離子距離最近且距離相等的W離子構(gòu)成的幾何圖形是_________
【解析】結(jié)合元素周期表先確定五種元素為X為C,Y為N,Z為O,W為S,Q為Mn。(1)電負(fù)性是得電子能力,故電負(fù)性最大的為O,N原子基態(tài)原子電子排布式為1s22s22p3,O原子基態(tài)原子電子排布式為1s22s22p4,其中N原子的2p軌道上電子為半充滿結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定,故N原子的第一電離能比O大。(2)書寫CS2的電子式要注意C與S之間形成二個電子對,另外S原子還有2對電子未參加成鍵不能忘記寫。 與CS2為等電子體,故 為直線形。(3)Q的價電子排布式為3d54s2。
(4)SO2為角形極性分子,是平面結(jié)構(gòu),故S為sp2雜化,則d選項正確。(5)根據(jù)棱長求出晶胞的體積,再結(jié)合密度求出一個晶胞的質(zhì)量,從而推出NA個晶胞的質(zhì)量除以MnS的摩爾質(zhì)量87 g·ml-1即可得到Mn2+、S2-的數(shù)目各為4個。(6)與Q離子距離相等且最近的共有6個S2-,形成的幾何圖形為正八面體。
答案:(1)O　N原子2p軌道半充滿,相對穩(wěn)定(2) 　 直線形(3)3d54s2(4)d(5)Z=4.1×6.02×1023×(520×10-10)3/87=4 即晶胞中含有4個Mn2+和4個S2-。(6)正八面體
1.(雙選)對下列有關(guān)化學(xué)問題的認(rèn)識中,無科學(xué)性錯誤的是(　　)A.晶體X射線衍射實驗可用于測定分子的空間結(jié)構(gòu),也是區(qū)別晶體與非晶體的最科學(xué)的方法B.金屬鍵也有方向性,金屬晶體中原子均按一定次序排列在一起C.凡AB3型的共價化合物,其中心原子A均采用sp2雜化軌道成鍵D.乙醇與水互溶可以用“相似相溶”原理和氫鍵來解釋
【解析】選A、D。A項,區(qū)別晶體與非晶體最科學(xué)的方法是X射線衍射實驗,正確;B項,金屬鍵無方向性,金屬原子總是盡可能多吸引其他原子,金屬晶體中原子盡可能采取緊密堆積,從而使空間被充分利用,錯誤;C項,AB3型共價化合物中,若A上沒有孤電子對則A采用sp2雜化軌道成鍵如BF3等,若A上有1對孤電子對則A采用sp3雜化軌道成鍵如NH3等,錯誤;D項,乙醇與水互溶的原因是:(1)乙醇和水都是極性分子,(2)乙醇和水分子中都含O—H鍵,乙醇和水分子間形成氫鍵,乙醇與水互溶可以用“相似相溶”原理和氫鍵解釋,正確。
2.(2020·青島高二檢測)氨和三氟化硼可以形成配位化合物NH3·BF3,下列說法正確的是(　　)A.NH3與BF3都是極性分子B.NH3與BF3都是平面三角形結(jié)構(gòu)C.可以通過晶體X射線衍射等技術(shù)測定BF3的結(jié)構(gòu)D.NH3·BF3中,NH3提供空軌道,BF3提供孤電子對【解析】選C。BF3分子為非極性分子,故A錯誤;B.BF3分子構(gòu)型為平面三角形,但NH3為三角錐形,故B錯誤;可以通過晶體X射線衍射等技術(shù)測定BF3的結(jié)構(gòu),故C正確;NH3·BF3中B原子有空軌道,N原子有孤電子對,所以NH3提供孤電子對,BF3提供空軌道,形成配位鍵,故D錯誤。
3.(2020·蘇州高二檢測)銅在我國有色金屬材料的消費(fèi)中僅次于鋁,廣泛地應(yīng)用于電氣、機(jī)械制造、國防等領(lǐng)域?；卮鹣铝袉栴}:(1)用晶體的X射線衍射法可以測得阿伏加德羅常數(shù)。對金屬銅的測定得到以下結(jié)果:晶胞為面心立方密堆積,棱長為361 pm。又知銅的密度為9.00 g·cm-3,阿伏加德羅常數(shù)為________(列式計算,已知Ar(Cu)=63.6); ?(2)氯和鉀與不同價態(tài)的銅可生成兩種化合物,這兩種化合物都可用于催化乙炔聚合,其陰離子均為無限長鏈結(jié)構(gòu)(如圖),a位置上Cl原子的雜化軌道類型為________。已知其中一種化合物的化學(xué)式為KCuCl3,另一種的化學(xué)式為____;?
【解析】(1)設(shè)面心立方晶胞的棱長為a,則晶胞的體積為a3,每個晶胞中有四個原子,則這四個原子的質(zhì)量為4M/NA(M為該原子的相對原子質(zhì)量),所以晶體密度為ρ=4M/a3NA。將ρ=9.00 g·cm-3,a=361 pm,M=63.6,帶入上式可以計算NA=6.01×1023 ml-1。(2)a位置上Cl原子成2個單鍵,含有2對孤電子對,雜化軌道數(shù)為4,雜化軌道類型為sp3。一種化合物的化學(xué)式為KCuCl3,其中銅元素為+2價,故另一種化合物中銅為+1價,陰離子構(gòu)成與[CuCl3]-一樣,但因為Cu為+1價,所以應(yīng)該為[CuCl3]2-,其化學(xué)式為K2CuCl3。答案:(1)NA=6.01×1023 ml-1　(2)sp3　K2CuCl3
4.(2020·棗莊高二檢測)下面是一些晶體的結(jié)構(gòu)示意圖。 (1)某同學(xué)關(guān)于晶體作出的下列判斷正確的是________。?A.晶體的形成與晶體的自范性有關(guān)B.可以用X射線衍射儀區(qū)分二氧化硅晶體和無定型二氧化硅C.石蠟是非晶體,但有固定的熔點D.晶胞就是晶體
(2)圖甲表示的是晶體的二維平面示意圖,a、b中可表示化學(xué)式為AX3的化合物的是____________。?(3)圖乙表示的是金屬銅的晶胞,請完成以下各題:①該晶胞“實際”擁有的銅原子數(shù)是_______,銅原子的配位數(shù)為________。②該晶胞稱為________(填序號)。?A.六方晶胞B.體心立方晶胞C.面心立方晶胞
(4)圖丙為鈦酸鋇晶體的晶胞結(jié)構(gòu),該晶體經(jīng)X射線分析得出,重復(fù)單位為立方體,頂點位置被Ti4+所占據(jù),體心位置被Ba2+所占據(jù),棱心位置被O2-所占據(jù)。①寫出該晶體的化學(xué)式:________。?②若將Ti4+置于晶胞的體心,Ba2+置于晶胞頂點,則O2-處于立方體的____位置。③在該物質(zhì)的晶體中,每個Ti4+周圍與它距離最近且相等的Ti4+有____________個,它們所形成的立方體為________。?④Ti4+的氧配位數(shù)和Ba2+的氧配位數(shù)分別為____________。?
【解析】(1)選項A,在一定條件下,物質(zhì)能形成具有幾何形狀的晶體,這個形成過程與晶體的自范性有關(guān)。選項B,同一條件下,當(dāng)單一波長的X射線通過晶體和非晶體時,攝取的圖譜是不同的,非晶體圖譜中看不到分立的斑點或明銳的譜線。選項C,非晶體沒有固定的組成,也沒有固定的熔點。選項D,晶體是由數(shù)量巨大的晶胞“無隙并置”而成的。(2)由圖甲可知,a、b中兩類原子的個數(shù)之比分別為1∶2和1∶3,所表示的化合物的化學(xué)式可分別表示為AX2、AX3。
(3)①利用“均攤法”可求得該銅晶胞中擁有的銅原子數(shù)=8×1/8+6×1/2=4。在銅晶胞中,與每個Cu原子距離最近且相等的銅原子有12個,因此銅原子的配位數(shù)為12。②由圖可知,銅晶胞為面心立方晶胞。(4)①在該晶胞中三種元素所形成的離子的個數(shù)比為Ba2+∶Ti4+∶O2-=1∶(8× )∶(12× )=1∶1∶3。②將共用一個Ti4+的8個晶胞的體心Ba2+連接起來構(gòu)成新的立方體晶胞,則O2-正好處在面心位置。
③晶胞頂點位置上的Ti4+與其前、后、左、右、上、下的6個Ti4+距離最近且相等,若將它們連接起來,則形成正八面體。④Ti4+周圍與其距離最近且相等的O2-有6個,立方晶胞12條棱上的12個O2-與體心位置上的Ba2+距離最近且相等。答案:　(1)AB　(2)b　(3)①4　12　②C(4)①BaTiO3?、诿嫘摹、?　正八面體?、?、12
5.(2020·南京高一檢測)某鈣鈦型復(fù)合氧化物(如圖),以A原子為晶胞的頂點,A位可以是Ca、Sr、Ba或Pb,當(dāng)B位是V、Cr、Mn、Fe時,這種化合物的電阻率在有外磁場作用時較之無外磁場作用時存在巨大變化(巨磁電阻效應(yīng))。 (1)用A、B、O表示這類特殊晶體的化學(xué)式________________。在圖中,與A原子配位的氧原子數(shù)目為________________。?
(2)基態(tài)Cr原子的核外電子排布式為________________,其中電子的運(yùn)動狀態(tài)有________種。?(3)某些鈣鈦型復(fù)合氧化物能夠催化NO直接分解為N2和O2,N和O的基態(tài)原子中,未成對的電子數(shù)目比為________。?(4)下表是幾種碳酸鹽的熱分解溫度和陽離子半徑:
請解釋碳酸鈣熱分解溫度最低的原因:____________。?(5)用晶體的X射線衍射法可以測得阿伏加德羅常數(shù)。對金屬鈣的測定得到以下結(jié)果:晶胞為面心立方最密堆積,棱長為a pm,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,金屬鈣的密度為__________ g·cm-3(用含a和NA的式子表示)。?
【解析】(1)A位于頂點,B位于體心,O位于面心,則晶胞中A的個數(shù)為8×1/8=1,B的個數(shù)為1,O的個數(shù)為6×1/2=3,所以化學(xué)式為ABO3。晶胞中與A最近的氧原子位于同一平面內(nèi)的面心和定點,每個晶胞中有3/2個氧與A距離最近,而A為8個晶胞共有,則與A原子配位的氧原子數(shù)目為8×3/2=12。(2)鉻元素為24號,原子核外有24個電子,所以核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s1;每個電子的運(yùn)動狀態(tài)都不同,所以有24種不同的電子。(3)氮原子和氧原子的價電子排布分別為2s22p3,2s22p4,則未成對的電子數(shù)目為3∶2。
(4)從表格中得出,這些物質(zhì)的陰離子是相同的,均為碳酸根,陽離子的半徑越大,分解溫度越高,碳酸鹽的熱分解是由于晶體中的陽離子結(jié)合碳酸根中的氧離子,使碳酸根分解為二氧化碳分子的結(jié)果。鈣離子由于半徑小和氧離子結(jié)合更為容易,氧化鈣晶格能大,所以碳酸鈣分解溫度低。(5)晶胞中含有鈣的數(shù)目為4,晶胞的體積為(a×10-10)3 cm3,則1 cm3鈣晶體中含有的晶胞數(shù)目為1/(a×10-10)3,則密度=[40×4/NA]/[ 1/(a×10-10)3]=1.6×1032/(NA·a3)。
答案:(1)ABO3　12(2)1s22s22p63s23p63d54s1　24　(3)3∶2 (4)碳酸鹽的熱分解是由于晶體中的陽離子結(jié)合碳酸根中的氧離子,使碳酸根分解為二氧化碳分子的結(jié)果。鈣離子由于半徑小和氧離子結(jié)合更為容易,氧化鈣晶格能大,所以碳酸鈣分解溫度低。(5)1.6×1032/(NA·a3)
6.(2020·聊城高一檢測)在氣體分析中,常用CuCl的鹽酸溶液吸收并定量測定CO的含量,其化學(xué)反應(yīng)如下:2CuCl+2CO+2H2O ==== Cu2Cl2·2CO·2H2O?；卮鹣铝袉栴}:(1)Cu在元素周期表中屬于________(選填“s”“p”“d”或“ds”)區(qū)元素。研究人員發(fā)現(xiàn)在高溫超導(dǎo)材料鑭鋇銅氧化物中含有Cu3+,基態(tài)Cu3+的電子排布式為________________。?
(2)C、N、O三種原子中的第一電離能最大的是________。 離子的空間構(gòu)型是________。?(3)CO與N2互稱等電子體。①它們的分子中都存在三個共價鍵,其中包含_______個σ鍵,______個π鍵。②下表為CO和N2的有關(guān)信息。
根據(jù)表中數(shù)據(jù),說明CO比N2活潑的原因是_____________。?(4)Cu2Cl2·2CO·2H2O是一種配合物,其結(jié)構(gòu)如圖所示: ①該配合物中氯原子的雜化方式為____________。?②該配合物中,CO作配體時配位原子是C而不是O的原因是___________。
(5)阿伏加德羅常數(shù)的測定有多種方法,X射線衍射法就是其中的一種,通過對CuCl晶體的X射線衍射圖像分析,可以得出CuCl的晶胞如圖所示,則距離每個Cu+最近的Cl-的個數(shù)為________。若晶體中Cl-呈面心立方密堆積方式排列,Cl-的半徑為a pm,晶體的密度為ρ g·cm-3,阿伏加德羅常數(shù)NA=_____________(列計算式表達(dá))。?
【解析】(1)Cu位于周期表中第4周期第ⅠB族,為ds區(qū)元素;Cu的核外電子排布式為[Ar]3d104s1,變成Cu3+需失去3個電子,從最外層開始失去,所以Cu3+的核外電子排布為[Ar]3d8;(2)同周期主族元素,隨著原子序數(shù)增大,第一電離能呈增大的趨勢,但第ⅡA族和第ⅤA族元素反常,則C、N、O三種原子中的第一電離能最大的是N;對于 ,根據(jù)價電子對互斥理論價電子對數(shù)=3+ ,則其空間構(gòu)型為平面三角形;
(3)①據(jù)N2分子的結(jié)構(gòu)N≡N可知,分子中包含1個σ鍵、2個π鍵;②CO中C≡O(shè) C==O,放出:1 071 kJ·ml-1-803 kJ·ml-1=268 kJ·ml-1,N2中N≡N N==N,放出:946 kJ·ml-1-418 kJ·ml-1=528 kJ·ml-1,由此可知反應(yīng)中,CO中第一個π鍵的鍵能比N2的小很多,CO的第一個鍵容易斷;(4)①根據(jù)圖中,氯原子雜化軌道數(shù)為4,雜化類型為sp3;②C的電負(fù)性小于O,對孤電子對吸引能力弱,給出電子對更容易,所以CO作配體時,配位原子是C而不是O;
(5)圖示晶胞中不能觀察到完整的Cu+的成鍵,但根據(jù)Cl原子的成鍵情況可判斷Cu+的情況,圖中觀察到每個Cl原子周圍有4個Cu+距離最近,因CuCl中離子個數(shù)比為1∶1,故距離每個Cu+最近的Cl-的個數(shù)是4個;若晶體中Cl-呈面心立方密堆積方式排列,Cl-的半徑為a pm,則晶胞棱長為4a× ×10-10 cm,故晶胞體積為(4a× ×10-10 cm)3,晶胞中Cl原子數(shù)目為4,CuCl中離子個數(shù)比為1∶1,故Cu原子數(shù)目為4,則(4a× ×10-10 cm)3×ρ g·cm-3= g·ml-1,整理得:NA= ml-1
答案:(1)ds　[Ar]3d8　(2)N 　平面三角形　(3)①1　2?、贑O中斷裂第一個π鍵的鍵能比N2斷裂第一個π鍵的鍵能小很多,CO的第一個π鍵容易斷　(4)①sp3?、陔娯?fù)性:C