Question

【題目】釹鐵硼永磁合金因其具有優異的磁性能而被稱為“磁王”，釹鐵硼永磁合金中含有鐵、硼及大量的稀土元素釹。

（1）基態鐵原子的價層電子排布圖為___________________，鐵元素所在周期第一電離能最大的主族元素是________(填元素符號)；已知基態釹(Nd)原子的價層電子排布式為4f46s2，則基態釹原子核外共有__________種類型的能級分布。

（2）硼與氫能形成類似于烴的一系列分子，如B2H6、B3H9、B4H10等。

①B2H6、B3H9、B4H10三種物質的沸點由低到高的順序為__________________________；

②乙硼烷的結構式可表示為（）已知反應B2H6+3O2B2O3+2H2O中被氧化的元素是氫元系，則H、B、O三種元素電負性由大到小的順序為___________________；B2H6分子中有4個σ鍵、2個相同的大π鍵(多原子間共用多個電子形成的一種共價鍵)，則構成一個大π鍵的原子、電子數目分別為__________________________。

（3）硼酸分子中含有三個“-OH”，易溶于水，其易溶于水的主要原因是_________________。

（4）圖1是三氧化二硼的一種球根模型圖， 則硼原子、氧原子的雜化軌道類型分別為_____________。

（5）鐵元素與氮元素也能形成種磁性材料，其晶胞如圖2所示，該磁性材料的化學式為__________；若該晶體的密度為p，鐵原子、氮原子的半徑分別為r(Fe)pm，r(N)pm，則該晶胞的空間利用率為_______（設阿伏加德羅常數的值為NA）。

Answer 1

【答案】 Br 4 B2H6<B3H9<B4H10 O>H>B 硼酸分子能與水分子間形成氫鍵 sp2 sp3 Fe4N

【解析】分析：（1）根據鐵的價電子層為3d64s2,由泡利原理和洪特規則確定價層電子排布圖；在同一周期中自左向右第一電離能有增大的趨勢，Br在第四周期主族元素最右面，由此可確定；基態釹原子核外有s、p、d、f共4種類型的能級分布。（2）①分子晶體，相對分子質量越大，分子間作用力越大，沸點越高；②非金屬性越強電負性越大；（3）氫鍵影響物質的溶解性；以此分析；（4）通過分析成鍵電子對和孤電子對數來確定雜化類型；（5）利用均攤法確定化學式，利用密度，求出一個晶胞的體積，一個晶胞中含有的所有原子體積之和與一個晶胞體積的百分比就是該晶胞的空間利用率。

詳解：（1）鐵的原子序數為26，價電子數為26-18=8，所以價電子層為3d64s2,由泡利原理和洪特規則知，鐵原子的價層電子排布圖為；在同一周期中自左向右第一電離能有增大的趨勢，鐵元素所在周期為第四周期，第一電離能最大的主族元素是Br；基態釹(Nd)原子的價層電子排布式為4f46s2，則基態釹原子核外有s、p、d、f共4種類型的能級分布。因此，本題正確答案為： ； Br； 4

（2）①B2H6、B3H9、B4H10三種物質均為分子晶體，沸騰時都破壞分子間作用力，相對分子質量Mr(B4H10)>Mr(B3H9)>Mr(B2H6)，所以分子間作用力從B2H6到B4H10依次增大，沸點從B2H6到B4H10依次升高，所以B2H6<B3H9<B4H10。

②根據反應B2H6+3O2B2O3+2H2O中被氧化的元素是氫元素，B2H6中B的化合價沒變和B2O3中B的化合價相同為+3價，則H的化合價為-1價，從而判斷H、B、O三種元素的非金屬性O>H>B，非金屬性越強電負性越大，所以H、B、O三種元素電負性由大到小的順序為O>H>B；B2H6共有12個價電子，形成4個σ鍵用去8個電子，還有4個電子形成2個相同的大π鍵，則構成一個大π鍵的原子、電子數目分別為4和2。

（3）硼酸分子中含有三個“-OH”，容易和水分子形成氫鍵，所以易溶于水的主要原因是硼酸分子能與水分子間形成氫鍵。

（4）從圖1可知， 硼原子形成3個σ鍵，無孤對電子，所以為sp2 雜化；氧原子形成2個σ鍵，有兩對孤對電子，所以為sp3 雜化，因此，本題正確答案為：sp2 ； sp3；

（5）從晶胞圖知，一個晶胞中含有Fe原子=8+6=4，含有N原子=1（體心），所以該磁性材料的化學式為Fe4N；一個晶胞的質量=g=g,根據=,得一個晶胞的體積==，4個鐵原子的體積=4×r3(Fe)×10-30cm3、1個氮原子的體積=4×r3(N)×10-30cm3，，則該晶胞的空間利用率=(4個鐵原子的體積+1個氮原子的體積)/一個晶胞的體積×100%=。