Question

【題目】層狀復合金屬氫氧化物（簡稱“層狀氫氧化物”），主體層板由二元（或多元）金屬氫氧化物層構成，層間陰離子可以被其他陰離子取代，因此可以作為離子交換劑，在材料、化工、醫藥和環境保護等方面有著廣泛的用途。鎂鋁碳酸根型水滑石是人們最早發現的層狀氫氧化物�；卮鹣铝袉栴}：

（1）下列狀態的鎂中，電離最外層一個電子所需能量最小的是___________(填標號）。

A.B.C.D.

（2）一種水滑石的化學式為Mg4Al2(OH)12CO3H2O.其層板結構如圖1。CO32-中碳的雜化類型是____。在圖中最小的一個二維菱形晶胞（以圖中Al為頂點）中含有___________個Al3+。每個鎂氧八面體周圍有_______________個相鄰鋁氧八面體和_______________個相鄰鎂氧八面體。

（3）水滑石中氫氧化物層的OH-和層間陰離子間的主要作用力為_______________，水滑石作為離子交換劑，去除水體中陰離子去除效果依次為：PO43->CrO42->NO3-，其原因是___________

（4）當加熱到一定溫度時，水滑石類化合物會發生分解，部分產物轉化為尖晶石結構的MgxAlyOz，晶體結構如圖2所示，它的化學式為___________;A塊、B塊均為邊長為apm的立方體，設阿伏加德羅常數為NA，則最近的兩個Al離子之間的距離為___________pm，密度為___________gcm-3(列出計算表達式）。

Answer 1

【答案】D sp2 1 3 3 氫鍵 陰離子帶電荷越高，受到吸引力越強 MgAl2O4 a

【解析】

(1)根據電子排布圖得出粒子狀態，3p軌道的電子能量高于3s，第二電離能大于第一電離能，據此分析解答；

(2)計算CO32-中C原子的價電子對數和孤電子對數，判斷C原子的雜化方式，結合側板結構圖分析各微粒個數；

(3)OH-和層間陰離子間可形成氫鍵，根據陰離子所帶電荷與受到的吸引力之間的關系進行分析解答；

(4)利用均攤法計算晶胞中個原子的個數，利用公式，結合立體幾何知識進行計算。

(1)BC微粒都是Mg原子失去一個電子后得到的，但是C微粒能量高于B，穩定性B＞C，所以失電子能量B＞C；AD都是原子，但是A是基態、D是激發態，能量：D＞A，穩定性A＞D，所以失去一個電子能量：A＞D；B為Mg+、A為Mg原子，B再失去電子所需能量就是Mg原子的第二電離能，A失去一個電子的能量是Mg原子的第一電離能，其第二電離能大于第一電離能，所以電離最外層一個電子所需能量B＞A，因此，電離最外層一個電子所需能量最小的是D，故答案為：D。

(2)CO32-中C原子的價電子對數為，不含孤電子對，則其雜化類型為sp2雜化，在圖1中，以圖中Al為頂點，最小的一個二維菱形晶胞中含有1個Al3+。每個鎂氧八面體周圍有3個相鄰鋁氧八面體和3個相鄰鎂氧八面體，故答案為：sp2；1；3；3；

(3)水滑石中的氫氧化物層的OH-和層間陰離子間可形成氫鍵，由于陰離子帶電荷越高，受到吸引力越強，陰離子所帶電荷數PO43->CrO42->NO3-，所以水滑石作為離子交換劑，去除水體中陰離子去除效果依次為：PO43->CrO42->NO3-，故答案為：氫鍵；陰離子帶電荷越高，受到吸引力越強；

(4)根據晶胞結構示意圖可知，O2-占據晶胞的頂點、面心、棱心和體心，其個數為，Mg2+位于晶胞的體內，個數為2，Al3+位于晶胞的體內、棱心和面心，其個數為，因此其化學式為MgAl2O4，已知A塊、B塊均為邊長為apm的立方體，則最近的兩個Al離子之間的距離為，一個晶胞的質量，體積V=2a3×10-30cm3，則密度，故答案為：。