Question

【題目】德國化學家韋爾斯泰特，經過10年的艱苦努力，韋爾斯泰特用成噸的綠葉，終于提取到了綠葉中的神秘物質——葉綠素，正是因為葉綠素在植物體內所起到的奇特作用，才使我們人類得以生存。可以說，沒有光合作用就沒有人類的生存和發展。由于成功地提取了葉綠素，1915年，韋爾斯泰特榮獲了諾貝爾化學獎。葉綠素的結構如圖

（1）光合作用產生氧氣，氧氣的一種同素異形體O3，在高空能吸收大量紫外線，保護地球上的人類和動植物免遭短波紫外線的傷害。請寫出一種短周期元素形成的O3等電子體分子________，該分子的空間構型為________，中心原子的雜化類型是_________。

（2）鎂是葉綠素中的重要組成元素，鎂的基態原子價電子排布式為__________，葉綠素中鎂形成的化學鍵類型有___________________。葉綠素不易溶于水，而溶于有機溶劑，如乙醇、丙酮、乙醚、氯仿等，是因為______________________________。

（3）葉綠素構成元素中，又屬于二周期元素中，第一電離能由大到小的順序（請用元素符號表示）：_______________，理由是______________________________。

（4）葉綠素的構成元素中，H和Mg屬于第一、三周期的元素，能形成一種離子型儲氫材料，晶體結構如圖所示：

則 該晶體的化學式為__________________，已知該晶體的密度為ρ g·cm－3，晶胞的體積為________ cm3(用ρ、NA表示，其中NA表示阿伏加德羅常數的值)。

Answer 1

【答案】 SO2 V形 SP2雜化 3S2 配位鍵和極性共價鍵 葉綠素為有機物根據相似相溶原理易溶于有機溶劑不易溶于水 N>O>C 同周期原子序數增大，第一電離能增大，N原子的2p能級達到半滿的穩定結構，所以導致其第一電離能反常增大。 MgH2 cm3

【解析】（1）等電子體的要求是原子個數相等，價電子總數也相等，所以書寫等電子體的較好方法是將原子替換為同主族原子。根據以上原則，O3的等電子體比較好判斷的就是SO2。根據價層電子對互斥理論，SO2的中心原子S的價電子對數為2+對，三個電子對應該是平面三角，但是又一個孤電子對，所以可以判斷出SO2為V形結構，中心原子S的雜化類型應該是sp2雜化。

（2）鎂是第12號元素，原子核外有12個電子，其價電子為最外層（M層）上的兩個電子，所以其價電子基態排布式為：3s2。從圖中可以看出Mg和左上、右下的氮原子形成共價鍵，和左下、右上的氮原子形成配位鍵（畫的是箭頭）。葉綠素是有機物，分子的極性相對較小，根據相似相溶原理，應該易溶于有機溶劑。

（3）葉綠素構成元素中，又屬于二周期元素的是C、N、O。同周期元素由左向右第一電離能應該逐漸增大，但是N原子具有p能級的半滿穩定結構，所以第一電離能大于O。所以順序為：N>O>C。

（4）晶胞內Mg為8×，H為4×，所以晶體的組成為MgH2。1個晶胞中有2個MgH2，其質量為 g。所以晶胞的體積為 cm3。