Question

3．已知A、B、C、D、E五種元素的原子序數(shù)依次遞增，A、B、C、D位于前三周期．A位于周期表的s區(qū)，其原子中電子層數(shù)和未成對(duì)電子數(shù)相同；B的基態(tài)原子中電子占據(jù)三種能量不同的原子軌道，且每種軌道中的電子總數(shù)相同；D原子的核外成對(duì)電子數(shù)與未成對(duì)電子數(shù)的比值為3：2．同時(shí)含有A、B、D三種元素的化合物M是一種居室污染氣體，其分子中所有的原子共平面．A、B兩種元素組成的原子個(gè)數(shù)比為1：1的化合物N是常見的有機(jī)溶劑．E有“生物金屬”之稱，E⁴⁺離子和氬原子的核外電子排布相同．
請(qǐng)回答下列問題：（答題時(shí)，A、B、C、D、E用所對(duì)應(yīng)的元素符號(hào)表示）
（1）下列敘述正確的是d（填字母）．
a．M易溶于水，是因?yàn)镸是極性分子；N不溶于水，是因?yàn)镹是非極性分子
b．M和二氧化碳分子中的中心原子均采用sp²雜化
c．N分子中含有6個(gè)σ鍵和3個(gè)π鍵
d．BD₂晶體的熔、沸點(diǎn)都比二氧化硅晶體的低
（2）金屬E的晶胞是面心立方結(jié)構(gòu)（如圖），則E晶體的1個(gè)晶胞中含E原子數(shù)為：4，距離E原子最近且等距離的E的原子數(shù)為：12，該晶胞中原子的空間利用率為74%．
（3）X和Y分別是B和C與氫的化合物，這兩種化合物都含有18電子．X和Y的化學(xué)式分別是C₂H₆、N₂H₄．兩者沸點(diǎn)的關(guān)系為X＜Y（“＞”或“＜”），原因是X分子間作用力小于Y．

Answer 1

分析 A、B、C、D、E五種元素的原子序數(shù)依次遞增，A、B、C、D位于前三周期，A位于周期表的s區(qū)，其原子中電子層數(shù)和未成對(duì)電子數(shù)相同，則A為H元素；
B的基態(tài)原子中電子占據(jù)三種能量不同的原子軌道，且每種軌道中的電子總數(shù)相同，則B為為C元素；
D原子的核外成對(duì)電子數(shù)與未成對(duì)電子數(shù)的比值為3：2，則D為O元素，所以C為N元素；
同時(shí)含有A、B、D三種元素的化合物M是一種居室污染氣體，其分子中所有的原子共平面，則M為HCHO；
A、B兩種元素組成的原子個(gè)數(shù)比為1：1的化合物N是常見的有機(jī)溶劑，則N為苯；
E有“生物金屬”之稱，E⁴⁺離子和氬原子的核外電子排布相同，則E原子核外電子數(shù)=18+4=22，為Ti元素；
（1）a．正負(fù)電荷中心不重合的為極性分子，重合的為非極性分子；
b．M分子中C原子價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)是3、二氧化碳分子中C原子價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)是2，根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷原子雜化方式；
c．苯分子中含有12個(gè)σ鍵和1個(gè)大π鍵；
d．分子晶體熔沸點(diǎn)低于原子晶體；
（2）利用均攤分計(jì)算該晶胞中Ti原子個(gè)數(shù)，距離E原子最近且等距離的E的原子數(shù)=3×8÷2，
設(shè)原子半徑為rcm，面的對(duì)角線上的三個(gè)原子緊靠在一起，所以晶胞面上對(duì)角線長(zhǎng)為4rcm，則晶胞棱長(zhǎng)=$\sqrt{\frac{（4r）^{2}}{2}}$cm=2$\sqrt{2}$rcm，晶胞體積=（2$\sqrt{2}$r）³cm³，晶胞中原子所占體積=4×$\frac{4}{3}π$r³cm³=$\frac{16π}{3}$r³cm³，該晶胞中原子的空間利用率為原子所占體積與晶胞體積的比；
（3）X和Y分別是B和C與氫的化合物，這兩種化合物都含有18電子，則X為C₂H₆、Y為N₂H₄；不含氫鍵的分子晶體熔沸點(diǎn)與分子間作用力成正比，分子間作用力與相對(duì)分子質(zhì)量成正比．

解答 解：A、B、C、D、E五種元素的原子序數(shù)依次遞增，A、B、C、D位于前三周期，A位于周期表的s區(qū)，其原子中電子層數(shù)和未成對(duì)電子數(shù)相同，則A為H元素；
B的基態(tài)原子中電子占據(jù)三種能量不同的原子軌道，且每種軌道中的電子總數(shù)相同，則B為為C元素；
D原子的核外成對(duì)電子數(shù)與未成對(duì)電子數(shù)的比值為3：2，則D為O元素，所以C為N元素；
同時(shí)含有A、B、D三種元素的化合物M是一種居室污染氣體，其分子中所有的原子共平面，則M為HCHO；
A、B兩種元素組成的原子個(gè)數(shù)比為1：1的化合物N是常見的有機(jī)溶劑，則N為苯；
E有“生物金屬”之稱，E⁴⁺離子和氬原子的核外電子排布相同，則E原子核外電子數(shù)=18+4=22，為Ti元素；
（1）a．正負(fù)電荷中心不重合的為極性分子，重合的為非極性分子，M是甲醛、N是苯，二者都是非極性分子，因?yàn)榧兹┖退�能形成氫鍵而易溶于水，苯和水不能形成氫鍵，所以苯不易溶于水，故a錯(cuò)誤；
b．M分子中C原子價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)是3、二氧化碳分子中C原子價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)是2，根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷原子雜化方式分別為sp²、sp，故b錯(cuò)誤；
c．苯分子中含有12個(gè)σ鍵和1個(gè)大π鍵，苯分子中不存在碳碳雙鍵和碳碳單鍵，是介于單鍵和雙鍵之間的特殊鍵，故c錯(cuò)誤；
d．分子晶體熔沸點(diǎn)低于原子晶體，二氧化硅是原子晶體、二氧化碳是分子晶體，所以二氧化碳的熔沸點(diǎn)比二氧化硅的低，故d正確；
故選d；
（2）Ti原子個(gè)數(shù)=6×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{8}$=4，距離E原子最近且等距離的E的原子數(shù)=3×8÷2=12，
設(shè)原子半徑為rcm，面的對(duì)角線上的三個(gè)原子緊靠在一起，所以晶胞面上對(duì)角線長(zhǎng)為4rcm，則晶胞棱長(zhǎng)=$\sqrt{\frac{（4r）^{2}}{2}}$cm=2$\sqrt{2}$rcm，晶胞體積=（2$\sqrt{2}$r）³cm³，晶胞中原子所占體積=4×$\frac{4}{3}π$r³cm³=$\frac{16π}{3}$r³cm³，該晶胞中原子的空間利用率$\frac{\frac{16π}{3}{r}^{3}c{m}^{3}}{（2\sqrt{2}rcm）^{3}}$×100%=74%，
故答案為：4；12；74%；
（3）X和Y分別是B和C與氫的化合物，這兩種化合物都含有18電子，則X為C₂H₆、Y為N₂H₄；不含氫鍵的分子晶體熔沸點(diǎn)與分子間作用力成正比，分子間作用力與相對(duì)分子質(zhì)量成正比，二者都是分子晶體且不含氫鍵，乙烷相對(duì)分子質(zhì)量小于肼，所以乙烷熔沸點(diǎn)低于肼，
故答案為：C₂H₆；N₂H₄；＜．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，為高頻考點(diǎn)，涉及晶胞計(jì)算、熔沸點(diǎn)大小比較、原子雜化方式判斷等知識(shí)點(diǎn)，難點(diǎn)是晶胞計(jì)算，易錯(cuò)點(diǎn)是苯分子中存在的化學(xué)鍵及（2）題晶胞中哪幾個(gè)原子緊密相連的判斷，題目難度中等．