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选修三
第二章 分子结构与性质
第二节 分子的立体结构
配合物理论
钙钛矿$\rm ($通式为$\text{AB}{{\text{X}}_{3}}\rm )$是一类与钛酸钙$\left( \text{CaTi}{{\text{O}}_{3}} \right)$具有相似晶体结构的新型材料。
$\text{CaTi}{{\text{O}}_{3}}$的晶胞形状为立方体,如右图所示。
①基态$\rm O$原子的价层电子轨道表示式为 。
②该晶胞中,每个$\rm Ca$周围与它最近且相等距离的$\rm O$有 个。
③该晶胞结构的另一种表示中,$\rm Ti$处于各顶角位置,则$\rm O$处于 位置。
; $\\rm 12$ ; 棱心 ;
①$\rm O$原子价电子排布式为$\rm 2s^{2}2p^{4}$,则价电子表达式为;
②$\rm Ca$周围最近的$\rm O$原子位于以$\rm Ca$原子为中心的$\rm 12$个面的面心上,最近的氧原子为$\rm 12$个;
③将体心的$\rm Ti$原子平移到顶角,则氧原子按同样的方式平移到棱心上,因此$\rm O$原子位于棱心位置;
有机$\rm -$无机杂化钙钛矿材料具有良好的光致发光、半导体性能,其中的合成过程如下:
$\rm HCl+$$\rm +CdCl_{2\to \rm }$
①中存在配位键,接受孤电子对的中心离子或原子是 。
②比较和
中$\rm C-N-C$键角的大小并解释原因 。
③具有较低的熔点。从结构角度解释原因 。
$\\rm Cd^{2+}$和$\\rm H$ ; 中$\\rm C-N-C$键角大于
中的$\\rm C-N-C$键角;
和
中的$\\rm N$原子都是$\\rm sp^{3}$杂化,
的空间构型为四面体结构,而
是三角锥形结构,$\\rm N$原子上有孤电子对,孤电子对斥力大,$\\rm C-N-C$键角小 ;
是离子化合物,阴阳离子体积较大,所带电荷少,晶格能较小,所以熔点低 ;
①中的
类似于铵根离子,$\rm H^{+}$提供空轨道,$\rm N$提供孤电子对,
中的$\rm Cd^{2+}$提供空轨道,$\rm Cl^{-}$提供孤电子对,因此接受孤电子对的原子或离子有$\rm H$和$\rm Cd^{2+}$;
②和
中的$\rm N$原子都是$\rm sp^{3}$杂化,
的空间构型为四面体结构,而
是三角锥形结构,$\rm N$原子上有孤电子对,孤电子对斥力大,$\rm C-N-C$键角小,因此
中$\rm C-N-C$键角大于
中的$\rm C-N-C$键角;
③是离子化合物,离子化合物的熔沸点和晶格能有关,晶格能越大熔沸点越高,该化合物的阴阳离子体积较大,所带电荷少,晶格能较小,所以熔点低;
相较于钙钛矿,类钙钛矿结构材料具有高温稳定性等优点。一种类钙钛矿结构材料含$\rm Pr($镨$\rm )$、$\rm Ni$和$\rm O$元素,晶胞形状为长方体,边长分别为$a$ $\rm nm$、$a$ $\rm nm$、$b$ $\rm nm$,如图所示:
①该物质的化学式为 。
②阿伏加德罗常数为${{N}_{\text{A}}}$,该晶体的密度为 $\text{g}\cdot \text{c}{{\text{m}}^{-3}}$。$\rm (1\,\text{nm}={{10}^{-7}}\,\text{cm}\rm )$
$\\rm Pr_{2}NiO_{4}$ ; $\\dfrac{405}{{{N}_{\\text{A}}}{{a}^{2}}b\\times {{10}^{-21}}}$
"]]①晶胞中$\rm Pr$的个数为$\rm 8\times \dfrac{1}{4}\rm +2=4$,$\rm Ni$原子的个数为$\rm 8\times \dfrac{1}{8}\rm +1=2$,$\rm O$原子的个数为$\rm 16\times \dfrac{1}{4}\rm +4\times \dfrac{1}{2}\rm +2=8$,$\rm Pr$、$\rm Ni$、$\rm O$原子个数比为$\rm 4:2:8=2:1:4$,化学式为$\rm Pr_{2}NiO_{4}$;
②晶胞的质量为$\dfrac{141\times 2+59+16\times 4}{{{N}_{\text{A}}}}=\dfrac{405}{{{N}_{\text{A}}}}\,\text{g}$,晶胞的体积为${{a}^{2}}b\times {{10}^{-21}}\,\text{c}{{\text{m}}^{\text{3}}}$,因此晶胞的密度为$\dfrac{405}{{{N}_{\text{A}}}{{a}^{2}}b\times {{10}^{-21}}}\,\text{g/c}{{\text{m}}^{\text{3}}}$。
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