Question

15．在周期表中1～36號之間的A、B、C、D、E、F六種元素，它們的原子序數(shù)依次增大，已知A與其余五種元素既不同周期也不同主族，B的一種核素在考古時(shí)常用來鑒定一些文物的年代，C元素原子的最外層有3個(gè)自旋方向相同的未成對電子，D原子核外電子有8種不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，E元素在第四周期，E的基態(tài)原子中未成對電子數(shù)是核外電子總數(shù)的$\frac{1}{4}$，F(xiàn)元素位于周期表的ds區(qū)，其基態(tài)原子最外能層只有一個(gè)電子．
（1）寫出基態(tài)E原子的價(jià)電子排布式3d⁵4s¹．
（2）B、C、D三種元素第一電離能由小到大的順序?yàn)镃＜O＜N（用元素符號表示）．
（3）A與C形成CA₃型分子，分子中C原子的雜化類型為sp³，分子的立體結(jié)構(gòu)為三角錐形；C的單質(zhì)與化合物BD是等電子體，根據(jù)等電子體原理，寫出化合物BD的電子式．
（4）A₂D的沸點(diǎn)在同族元素中最高，其原因是水分子之間形成氫鍵，導(dǎo)致沸點(diǎn)升高．A₂D由液態(tài)形成晶體時(shí)密度減�。ㄌ睢霸龃蟆�、“不變”或“減小”），其主要原因水形成晶體時(shí)，每個(gè)水分子與4個(gè)水分子形成氫鍵，構(gòu)成空間正四面體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，水分子空間利用率低，密度反而減�。ㄓ梦淖�?jǐn)⑹觯��?br />（5）已知D、F能形成一種化合物，其晶胞的結(jié)構(gòu)如圖所示，則該化合物的化學(xué)式為Cu₂O（用元素符號表示）；若相鄰D原子和F原子間的距離為acm，阿伏伽德羅常數(shù)為N_A，則該晶體的密度為$\frac{27\sqrt{3}}{2{a}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3（用含a、N_A的符號表示）．

Answer 1

分析 在周期表中1～36號之間的A、B、C、D、E、F六種元素，它們的原子序數(shù)依次增大，B的一種核素在考古時(shí)常用來鑒定一些文物的年代，則B為碳元素，D原子核外電子有8種不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，則D為氧元素，C元素原子的最外層有3個(gè)自旋方向相同的未成對電子，且C的原子序數(shù)介于碳、氧之間，所以C為氮元素，F(xiàn)元素位于周期表的ds區(qū)，其基態(tài)原子最外能層只有一個(gè)電子，則F原子外圍電子排布為3d¹⁰4s¹，所以F為銅元素，E元素在第四周期，E的基態(tài)原子中未成對電子數(shù)是核外電子總數(shù)的$\frac{1}{4}$，原子序數(shù)大于Ca而小于Cu，則單電子數(shù)目為6，其原子外圍電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹，則E為鉻元素，A的原子序數(shù)小于碳，且A與其余五種元素既不同周期也不同主族，所以A為氫元素．

解答 解：在周期表中1～36號之間的A、B、C、D、E、F六種元素，它們的原子序數(shù)依次增大，B的一種核素在考古時(shí)常用來鑒定一些文物的年代，則B為碳元素，D原子核外電子有8種不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，則D為氧元素，C元素原子的最外層有3個(gè)自旋方向相同的未成對電子，且C的原子序數(shù)介于碳、氧之間，所以C為氮元素，F(xiàn)元素位于周期表的ds區(qū)，其基態(tài)原子最外能層只有一個(gè)電子，則F原子外圍電子排布為3d¹⁰4s¹，所以F為銅元素，E元素在第四周期，E的基態(tài)原子中未成對電子數(shù)是核外電子總數(shù)的$\frac{1}{4}$，原子序數(shù)大于Ca而小于Cu，則單電子數(shù)目為6，其原子外圍電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹，則E為鉻元素，A的原子序數(shù)小于碳，且A與其余五種元素既不同周期也不同主族，所以A為氫元素．
（1）E為鉻元素，基態(tài)E原子的價(jià)電子排布為3d⁵4s¹，故答案為：3d⁵4s¹；
（2）C、O、N元素都是第二周期非金屬元素，同一周期元素自左而右第一電離能呈增大趨勢，但N元素原子2p能級是半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素，故第一電離能：C＜O＜N；
故答案為：C＜O＜N；
（3）A與C形成NH₃型分子，分子中N原子形成3個(gè)N-H、含有1對孤對電子，故N原子雜化類型為sp³，分子的立體結(jié)構(gòu)為三角錐形；
C的單質(zhì)為N₂，與化合物CO是等電子體，二者結(jié)構(gòu)相似，CO分子中C原子與O原子之間形成三對共用電子對，故CO的電子式為；
故答案為：sp³；三角錐形；；
（4）水分子之間形成氫鍵，同主族其它氣體氫化物分子之間不能形成氫鍵，故水的沸點(diǎn)最高，
H₂O形成晶體時(shí)，每個(gè)水分子與4個(gè)水分子形成氫鍵，構(gòu)成空間正四面體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，水分子空間利用率低，密度反而減小，
故答案為：水分子之間形成氫鍵，導(dǎo)致沸點(diǎn)升高；減小；水形成晶體時(shí)，每個(gè)水分子與4個(gè)水分子形成氫鍵，構(gòu)成空間正四面體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，水分子空間利用率低，密度反而減小；
（3）根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu)圖可知，晶胞中含有氧原子數(shù)為1+8×$\frac{1}{8}$=2，銅原子數(shù)為4，所以該化合物的化學(xué)式為Cu₂O，晶胞質(zhì)量為（4×$\frac{64}{{N}_{A}}$+2×$\frac{16}{{N}_{A}}$）g，若相鄰氧原子和銅原子間的距離為a cm，則晶胞的體對角線為4a cm，所以邊長為$\frac{4a}{\sqrt{3}}$ cm，所以體積為（$\frac{4a}{\sqrt{3}}$）³cm³，該晶體的密度為（4×$\frac{64}{{N}_{A}}$+2×$\frac{16}{{N}_{A}}$）g÷（$\frac{4a}{\sqrt{3}}$）³cm³=$\frac{27\sqrt{3}}{2{a}^{3}{N}_{A}}$g/cm³，
故答案為：Cu₂O；$\frac{27\sqrt{3}}{2{a}^{3}{N}_{A}}$．

點(diǎn)評 本題是對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的考查，涉及核外電子排布、電離能、雜化軌道、等電子體、氫鍵度物質(zhì)性質(zhì)的影響、晶胞的計(jì)算等，中等難度，元素推斷是解題的關(guān)鍵，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，（3）中注意利用均攤法計(jì)算晶胞質(zhì)量，關(guān)鍵是計(jì)算晶胞體積．