Question

【題目】鋅、氮元素形成的化合物在各領(lǐng)域有著重要的作用。

(1)基態(tài)Zn2+的價(jià)電子排布式為_______________；

(2)獨(dú)立的NH3分子中，H-N-H鍵鍵角為107°18’。如圖是[Zn(NH3)6]2＋的部分結(jié)構(gòu)以及其中H-N-H鍵鍵角。

請(qǐng)解釋[Zn(NH3)6]2＋離子中H-N-H鍵角變?yōu)?/span>109.5°的原因是_____________。

(3)離子液體具有很高的應(yīng)用價(jià)值，其中EMIM＋離子由H、C、N三種元素組成，其結(jié)構(gòu)如圖所示：

大π鍵可用符號(hào)Π表示，其中m、n分別代表參與形成大π鍵的原子數(shù)和電子數(shù)。則EMIM＋離子中的大π鍵應(yīng)表示為___________________。化合物[EMIM][AlCl4]具有很高的應(yīng)用價(jià)值，其熔點(diǎn)只有7 ℃，該物質(zhì)晶體的類型是________。

(4)過(guò)渡元素水合離子是否有顏色與原子結(jié)構(gòu)有關(guān)，且存在一定的規(guī)律，已知Zn2＋等過(guò)渡元素離子形成的水合離子的顏色如下表所示：

離子	Sc3＋	Cr3＋	Fe2＋	Zn2+
水合離子的顏色	無(wú)色	綠色	淺綠色	無(wú)色

請(qǐng)根據(jù)原子結(jié)構(gòu)推測(cè)Sc3＋、Zn2＋的水合離子為無(wú)色的原因：____________________。

(5)Zn與S形成某種化合物的晶胞如圖所示。

①Zn2+填入S2－組成的________________空隙中；

②由①能否判斷出S2－、Zn2+相切？_________（填“能”或“否”）；已知晶體密度為dg/cm3，S2－半徑為a pm，若要使S2-、Zn2+相切，則Zn2+半徑為____________________pm（寫(xiě)計(jì)算表達(dá)式）。

Answer 1

【答案】3d10 氨分子與Zn2＋形成配合物后，孤對(duì)電子與Zn2＋成鍵，原孤對(duì)電子與成鍵電子對(duì)之間的排斥作用變?yōu)槌涉I電子對(duì)之間的排斥作用，排斥作用減弱，所以H-N-H鍵鍵角變大 Π 離子晶體 3d軌道上沒(méi)有未成對(duì)電子(或3d軌道為全空或全滿狀態(tài)) 正四面體 否 ×1010-a

【解析】

(1)基態(tài)Zn的電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s2，由此可確定Zn2+的價(jià)電子排布式。

(2)解釋[Zn(NH3)6]2＋離子中H-N-H鍵角變?yōu)?/span>109.5°，可從電子對(duì)的排斥作用尋找原因。

(3)EMIM＋離子中形成大π鍵的原子有5個(gè)，其中3個(gè)C原子、2個(gè)N原子，參與形成大π鍵的電子數(shù)為6。化合物[EMIM][AlCl4]，由[EMIM]+、[AlCl4]-構(gòu)成，由此可確定該物質(zhì)的晶體類型。

(4)通過(guò)對(duì)Sc3＋、Cr3＋、Fe2＋、Zn2+四種離子的核外電子進(jìn)行分析，得出Sc3＋、Zn2＋的水合離子為無(wú)色的原因。

(5)①四個(gè)S2-構(gòu)成正四面體結(jié)構(gòu)，Zn2+體積很小，填入S2－組成的空隙中；

②由①無(wú)法判斷出S2－、Zn2+是否相切；已知晶體密度為dg/cm3，S2－半徑為a pm，若要使S2-、Zn2+相切，可通過(guò)建立一個(gè)正四面體，確定一個(gè)三角形，計(jì)算Zn2+半徑。

(1) 基態(tài)Zn的電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s2，則基態(tài)Zn2+的價(jià)電子排布式為3d10。答案為：3d10；

(2)在獨(dú)立的NH3分子中，N原子的孤電子對(duì)排斥成鍵電子對(duì)的能力強(qiáng)，[Zn(NH3)6]2＋中，N原子的孤電子對(duì)轉(zhuǎn)化為成鍵電子對(duì)，對(duì)其它三個(gè)成鍵電子對(duì)的排斥作用減弱，鍵角增大。

從而得出解釋[Zn(NH3)6]2＋離子中H-N-H鍵角變?yōu)?/span>109.5°的原因是氨分子與Zn2＋形成配合物后，孤對(duì)電子與Zn2＋成鍵，原孤對(duì)電子與成鍵電子對(duì)之間的排斥作用變?yōu)槌涉I電子對(duì)之間的排斥作用，排斥作用減弱，所以H-N-H鍵鍵角變大。答案為：氨分子與Zn2＋形成配合物后，孤對(duì)電子與Zn2＋成鍵，原孤對(duì)電子與成鍵電子對(duì)之間的排斥作用變?yōu)槌涉I電子對(duì)之間的排斥作用，排斥作用減弱，所以H-N-H鍵鍵角變大；

(3) EMIM＋離子中形成大π鍵的原子有5個(gè)，其中3個(gè)C原子、2個(gè)N原子，參與形成大π鍵的電子數(shù)為6，EMIM＋離子中的大π鍵應(yīng)表示為Π�；�合物[EMIM][AlCl4]，由[EMIM]+、[AlCl4]-構(gòu)成，則晶體類型為離子晶體。答案為：Π；離子晶體；

(4)通過(guò)對(duì)Sc3＋、Cr3＋、Fe2＋、Zn2+四種離子的核外電子進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，得出Sc3＋、Zn2＋的電子排布式為1s22s22p63s23p6、1s22s22p63s23p63d10，3d軌道為全空和全滿，而另兩種離子，3d軌道都存在未成對(duì)電子，由此得出水合離子為無(wú)色的原因是3d軌道上沒(méi)有未成對(duì)電子(或3d軌道為全空或全滿狀態(tài))。答案為：3d軌道上沒(méi)有未成對(duì)電子(或3d軌道為全空或全滿狀態(tài))；

(5)①四個(gè)S2-構(gòu)成正四面體結(jié)構(gòu)，Zn2+體積很小，填入S2－組成的正四面體空隙中；答案為：正四面體；

②由①分析，我們不能得出S2－、Zn2+是否相切。

由晶胞結(jié)構(gòu)我們可以得出：晶胞中含S2-的個(gè)數(shù)為4，含Zn2+的個(gè)數(shù)為8×+6×=4，所以晶體的體積為=cm3，晶胞邊長(zhǎng)為cm。

四個(gè)Zn2+在體內(nèi)四個(gè)小正四面體的中心，不在同一平面內(nèi)，過(guò)b點(diǎn)向上面作垂線，構(gòu)成三角形，兩邊分別為x、x，即可求出斜邊為x(x為晶胞邊長(zhǎng))，則a位置S2-離子與b位置Zn2+之間的距離為x，從而得出 a+r(Zn2+)=×1010pm，r(Zn2+)=(×1010-a)pm。答案為：否；×1010-a。