Question

【題目】鋅、氮元素形成的化合物在各領域有著重要的作用。

(1)基態Zn2+的價電子排布式為_______________；

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

請解釋[Zn(NH3)6]2＋離子中H-N-H鍵角變為109.5°的原因是_____________。

(3)離子液體具有很高的應用價值，其中EMIM＋離子由H、C、N三種元素組成，其結構如圖所示：

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

(4)過渡元素水合離子是否有顏色與原子結構有關，且存在一定的規律，已知Zn2＋等過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	無色	綠色	淺綠色	無色

請根據原子結構推測Sc3＋、Zn2＋的水合離子為無色的原因：____________________。

(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（寫計算表達式）。

Answer 1

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

【解析】

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

(2)解釋[Zn(NH3)6]2＋離子中H-N-H鍵角變為109.5°，可從電子對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，其中3個C原子、2個N原子，參與形成大π鍵的電子數為6。化合物[EMIM][AlCl4]，由[EMIM]+、[AlCl4]-構成，由此可確定該物質的晶體類型。

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

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

②由①無法判斷出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，可通過建立一個正四面體，確定一個三角形，計算Zn2+半徑。

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

(2)在獨立的NH3分子中，N原子的孤電子對排斥成鍵電子對的能力強，[Zn(NH3)6]2＋中，N原子的孤電子對轉化為成鍵電子對，對其它三個成鍵電子對的排斥作用減弱，鍵角增大。

從而得出解釋[Zn(NH3)6]2＋離子中H-N-H鍵角變為109.5°的原因是氨分子與Zn2＋形成配合物后，孤對電子與Zn2＋成鍵，原孤對電子與成鍵電子對之間的排斥作用變為成鍵電子對之間的排斥作用，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，孤對電子與Zn2＋成鍵，原孤對電子與成鍵電子對之間的排斥作用變為成鍵電子對之間的排斥作用，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，其中3個C原子、2個N原子，參與形成大π鍵的電子數為6，EMIM＋離子中的大π鍵應表示為Π。化合物[EMIM][AlCl4]，由[EMIM]+、[AlCl4]-構成，則晶體類型為離子晶體。答案為：Π；離子晶體；

(4)通過對Sc3＋、Cr3＋、Fe2＋、Zn2+四種離子的核外電子進行分析發現，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軌道都存在未成對電子，由此得出水合離子為無色的原因是3d軌道上沒有未成對電子(或3d軌道為全空或全滿狀態)。答案為：3d軌道上沒有未成對電子(或3d軌道為全空或全滿狀態)；

(5)①四個S2-構成正四面體結構，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。

由晶胞結構我們可以得出：晶胞中含S2-的個數為4，含Zn2+的個數為8×+6×=4，所以晶體的體積為=cm3，晶胞邊長為cm。

四個Zn2+在體內四個小正四面體的中心，不在同一平面內，過b點向上面作垂線，構成三角形，兩邊分別為x、x，即可求出斜邊為x(x為晶胞邊長)，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。