Question

14．鉻、釩、鐠（Pr）、鈰（Ce）等金屬在工農業(yè)生產中有廣泛的應用．
（1）鉻是一種硬而脆、抗腐蝕性強的金屬，常用于電鍍和制造特種鋼．基態(tài)Cr原子中，電子占據(jù)最高能層的符號為N，該能層上具有的原子軌道數(shù)為16，價電子排布式為3d⁵4s¹．
（2）用Cr₂O₃作原料，鋁粉作還原劑的鋁熱法可生成鉻．該反應是一個自發(fā)放熱反應，由此可判斷Cr-O鍵和Al-O鍵中Al-O鍵更強．研究發(fā)現(xiàn)氣態(tài)氯化鋁分子式為Al₂Cl₆，分子中存在配位鍵，分子間存在范德華力，則固態(tài)氯化鋁晶體類型是分子晶體．
（3）V₂O₅是一種常見的催化劑，在合成硫酸、硝酸、鄰苯二甲酸酐、乙烯、丙烯中，均使用V₂O₅作催化劑．V₂O₅的結構式如圖所示，則V₂O₅分子含6個σ鍵和4個π鍵．丙烯分子中碳原子的雜化方式為sp²、sp³．
（4）PrO₂晶體結構與CaF₂相似，PrO₂晶胞中Pr原子位于面心和頂點，則PrO₂的晶胞中含有8個氧原子，Pr的配位數(shù)為8．
（5）鈰（Ce）單質為面心立方晶體，其晶胞參數(shù)為a=516pm，則鈰原子（Ce）半徑r為$\frac{\sqrt{2}×516}{4}$ pm（列算式即可，下同），Ce單質晶體的密度為$\frac{4×140}{6.02×10{\;}^{23}×（516×10{\;}^{-10}）{\;}^{3}}$g/cm³．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)鉻的核外電子排布規(guī)律可知，鉻在最外層是N層，有2個電子，據(jù)此答題；
（2）根據(jù)反應Cr₂O₃+2Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cr+Al₂O₃是放熱，利用反應熱△H=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能來解答；分子晶體中分子間存在范德華力；
（3）兩原子形成共價鍵時，有且僅有一個為σ鍵，其它為π鍵，丙烯分子中碳原子周圍有三個σ鍵，沒有孤電子對，據(jù)此判斷；
（4）PrO₂（二氧化鐠）的晶體結構與CaF₂相似，晶胞中Pr（鐠）原子位于面心和頂點，以晶胞頂點的Pr原子為例，與之距離最近的氧原子位于立方體的體對角線上，每個頂點為8故晶胞共用，根據(jù)均攤法計算晶胞中Pr原子數(shù)目，再根據(jù)化學式中原子數(shù)目之比計算晶胞中O原子數(shù)目；
（5）鈰（Ce）單質為面心立方晶體，所以晶胞的面對角線應等于Ce原子半徑的4倍，據(jù)此計算；利用均攤法計算晶胞中Ce原子數(shù)目，可以計算晶胞質量，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計算密度．

解答 解：（1）鉻的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹，所以鉻在最外層是N層，有1個電子，N層上原子軌道為spdf四種，共有軌道數(shù)為1+3+5+7=16，價電子排布式為3d⁵4s¹，
故答案為：N；16；3d⁵4s¹；
（2）反應Cr₂O₃+2Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cr+Al₂O₃是放熱，△H＜O，由反應熱△H=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能可知Cr-O鍵的鍵能小于Al-O鍵，Al-O穩(wěn)定性更強，分子晶體中分子間存在范德華力，所以固態(tài)氯化鋁晶體類型是分子晶體；
故答案為：Al-O；分子晶體；
（3）兩原子形成共價鍵時，有且僅有一個為σ鍵，其它為π鍵，根據(jù)V₂O₅的結構式可知，V₂O₅分子含 6個σ鍵和4個π鍵，丙烯分子中連有雙鍵的碳原子周圍有三個σ鍵，沒有孤電子對，甲基中的碳有4個σ鍵，所以丙烯分子中碳原子的雜化方式為sp²、sp³，
故答案為：6；4；sp²、sp³；
（4）PrO₂（二氧化鐠）的晶體結構與CaF₂相似，晶胞中Pr（鐠）原子位于面心和頂點，晶胞中Pr原子數(shù)目=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，而Pr原子與O原子數(shù)目之比為1：2，則晶胞中O原子數(shù)目為4×2=8，以晶胞頂點的Pr原子為例，與之距離最近的氧原子位于立方體的體對角線上，每個頂點為8故晶胞共用，Pr的配位數(shù)為8，
故答案為：8；8；
（5）鈰（Ce）單質為面心立方晶體，所以晶胞的面對角線應等于Ce原子半徑的4倍，所以鈰原子（Ce）半徑r為$\frac{\sqrt{2}×516}{4}$pm；
晶胞中鈰原子位于頂點和面心，數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，晶胞質量為4×$\frac{140}{6.02×10{\;}^{23}}$g，該晶胞體積為（516×10^-10cm）³，則密度ρ=4×$\frac{140}{6.02×10{\;}^{23}}$g÷（516×10^-10cm）³=$\frac{4×140}{6.02×10{\;}^{23}×（516×10{\;}^{-10}）{\;}^{3}}$g•cm^-3，
故答案為：$\frac{\sqrt{2}×516}{4}$；$\frac{4×140}{6.02×10{\;}^{23}×（516×10{\;}^{-10}）{\;}^{3}}$．

點評 本題考查較為綜合，涉及核外電子排布、原子結構、化學鍵、晶體類型、晶胞的結構及晶體計算等知識，題目難度中等，側重考查對基礎知識的應用，需要學生具備扎實的基礎，難度中等．