Question

12．已知A、B、C、D、E、F為周期表前四周期原子序數(shù)依次增大的六種元素．其中A是元素周期表中原子半徑最小的元素，B原子最外層電子數(shù)是內(nèi)層電子數(shù)的2倍．D、E為同主族元素，且E的原子序數(shù)是D的2倍．F元素在地殼中含量位于金屬元素的第二位．回答下列問題：
（1）F元素價(jià)層電子排布式為3d⁶4s²．
（2）關(guān)于B₂A₂的下列說法中正確的是CD
A．B₂A₂ 中的所有原子都滿足8電子結(jié)構(gòu)
B．每個(gè)B₂A₂分子中 σ鍵和π鍵數(shù)目比為1：1
C．B₂A₂ 是由極性鍵和非極性鍵形成的非極性分子
D．B₂A₂分子中的A-B鍵屬于s-spσ鍵
（3）B和D形成的一種三原子分子與C和D形成的一種化合物互為等電子體，則滿足上述條件的B和D形成的化合物的結(jié)構(gòu)式為O=C=O
（4）C元素原子的第一電離能比B、D兩元素原子的第一電離能都高的主要原因是N元素原子2p能級(jí)有3個(gè)電子，為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，較穩(wěn)定
（5）D的氫化物比E的氫化物沸點(diǎn)高，其主要原因是H₂O分子間存在氫鍵較H₂S分子間的范德華力強(qiáng)；E的氫化物的價(jià)層電子對(duì)互斥模型為四面體形，E原子的雜化方式為sp³．
（6）F單質(zhì)的晶體在不同溫度下有兩種堆積方式，即面心立方堆積和體心立方堆積，其晶胞的棱邊長(zhǎng)分別為a cm、b cm，則F單質(zhì)的這兩種晶體密度之比為2b³：a³，F(xiàn)原子的配位數(shù)之比為3：2．

Answer 1

分析 A、B、C、D、E、F為周期表前四周期原子序數(shù)依次增大的六種元素．其中A是元素周期表中原子半徑最小的元素，A為氫元素，B原子最外層電子數(shù)是內(nèi)層電子數(shù)的2倍，B有2個(gè)電子層，最外層電子數(shù)為4，故B為碳元素，D、E為同主族元素，且E的原子序數(shù)為D的2倍，D為氧元素，E為硫元素，故C為氮元素，F(xiàn)元素在地殼中含量位于金屬元素的第二位，F(xiàn)為Fe元素．
（1）根據(jù)核外電子排布規(guī)律書寫Fe元素價(jià)層電子排布式；
（2）B₂A₂為C₂H₂，分子中H原子不滿足8電子結(jié)構(gòu)，含有2個(gè)C-H鍵、1個(gè)C≡C三鍵，單鍵為σ鍵，三鍵中含有1個(gè)σ鍵、2個(gè)π鍵．C-H為極性鍵，C≡C三鍵是非極性鍵，為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，屬于非極性分子．分子中C原子采取sp雜化，故C-H鍵為s-sp σ鍵；
（3）B和D形成的一種三原子分子與C和D形成的一種化合物互為等電子體，則為CO₂與N₂O；
（4）N元素原子2p能級(jí)有3個(gè)電子，為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低；
（5）D、E的氫化物分別為H₂O、H₂S，水分子之間形成氫鍵，沸點(diǎn)高于硫化氫的，H₂S分子中S原子成2個(gè)S-H鍵，含有2對(duì)孤電子對(duì)，價(jià)層電子對(duì)為4；
（6）晶胞的體積V=r³（r為棱長(zhǎng)），計(jì)算晶胞中含有Fe原子數(shù)目，結(jié)合Vρ=N×$\frac{56}{{N}_{A}}$計(jì)算密度之比（N代表晶胞中Fe原子數(shù)目）；
面心立方晶胞中，以頂點(diǎn)的Fe分析，與之最近的Fe原子位于面心上，每個(gè)Fe原子周圍有12個(gè)Fe原子，體心立方晶胞中以體心的Fe分析，與之最近的Fe原子處于頂點(diǎn)上，每個(gè)Fe原子周圍有8個(gè)Fe原子．

解答 解：已知A、B、C、D、E、F為周期表前四周期原子序數(shù)依次增大的六種元素．其中A是元素周期表中原子半徑最小的元素，A為氫元素，B原子最外層電子數(shù)是內(nèi)層電子數(shù)的2倍，B有2個(gè)電子層，最外層電子數(shù)為4，故B為碳元素，D、E為同主族元素，且E的原子序數(shù)為D的2倍，D為氧元素，E為硫元素，故C為氮元素，F(xiàn)元素在地殼中含量位于金屬元素的第二位，F(xiàn)為Fe元素．
（1）Fe元素是26號(hào)元素，價(jià)層電子排布式為3d⁶4s²，故答案為：3d⁶4s²；
（2）B₂A₂為C₂H₂，
A．分子中H原子不滿足8電子結(jié)構(gòu)，故A錯(cuò)誤；
B．含有2個(gè)C-H鍵、1個(gè)C≡C三鍵，單鍵為σ鍵，三鍵中含有1個(gè)σ鍵、2個(gè)π鍵，σ鍵與π鍵之比為3：2，故B錯(cuò)誤；
C．C-H為極性鍵，C≡C三鍵是非極性鍵，為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，屬于非極性分子，故C正確；
D．分子中C原子采取sp雜化，故C-H鍵為s-spσ鍵，故D正確；
故答案為：CD；
（3）B和D形成的一種三原子分子與C和D形成的一種化合物互為等電子體，則為CO₂與N₂O，CO₂的結(jié)構(gòu)式為O=C=O，
故答案為：O=C=O；
（4）N元素原子2p能級(jí)有3個(gè)電子，為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，較穩(wěn)定，失去第一的電子需要的能量比C、O多，
故答案為：N元素原子2p能級(jí)有3個(gè)電子，為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，較穩(wěn)定；
（5）D、E的氫化物分別為H₂O、H₂S，水分子之間形成氫鍵，硫化氫分子之間為范德華力，氫鍵比范德華力更強(qiáng)，故水的沸點(diǎn)高于硫化氫的，H₂S分子中S原子成2個(gè)S-H鍵，含有2對(duì)孤電子對(duì)，價(jià)層電子對(duì)為4，價(jià)層電子對(duì)互斥模型為四面體形，S原子的雜化方式為sp³，
故答案為：H₂O分子間存在氫鍵較H₂S分子間的范德華力強(qiáng)；四面體形；sp³；
（6）面心立方晶胞邊長(zhǎng)為acm，體積V=a³，含有Fe原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，故a³ρ（面心）=4×$\frac{56}{{N}_{A}}$，
體心立方晶胞邊長(zhǎng)為bcm，體積V=b³，含有Fe原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+1=2，故b³ρ（體心）=2×$\frac{56}{{N}_{A}}$，故ρ（面心）：ρ（體心）=2b³：a³．
面心立方晶胞中每個(gè)Fe原子周圍有12個(gè)Fe原子，體心立方晶胞中每個(gè)Fe原子周圍有8個(gè)Fe原子，故Fe原子配位數(shù)之比為12：8=3：2，
故答案為：2b³：a³；3：2．

點(diǎn)評(píng) 本題目綜合性較大，涉及核外電子排布規(guī)律、化學(xué)鍵、分子極性與空間結(jié)構(gòu)、電離能、價(jià)層電子對(duì)互斥理論、雜化軌道理論、電子式、晶胞計(jì)算，是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的綜合考查，難度中等，需要對(duì)知識(shí)全面掌握理解．