Question

11．有A、B、C、D四種短周期元素，其中A元素和B元素的原子都有1個未成對電子，A⁺ 比B^-少一個電子層，B原子得一個電子填入3p軌道后，3p軌道已充滿；C原子的p 軌道中有3個未成對電子，其氣態(tài)氫化物的水溶性在同族元素所形成的氫化物中最大；D的最高化合價和最低化合價的代數(shù)和為4．請問答下列問題：
（1）A單質(zhì)形成的晶體內(nèi)晶胞堆積模型為體心立方，空間利用率為68%．
（2）C基態(tài)原子的電子排布圖為，CB₃分子的VSEPR模型為四面體形．
（3）同族元素所形成的氫化物中C的氫化物在水中的溶解度最大的原因是氨分子和水分子間可以形成氫鍵，且氨分子和水分子均為極性分子，相似相溶，氨分子和水分子還可以發(fā)生反應(yīng)，氨氣極易溶于水．
（4）D元素與同周期相鄰元素的第一電離能由大到小的關(guān)系是：Cl＞P＞S（用元素符號表示），在D₂B₂分子中D原子雜化軌道類型是sp³，屬于極性分子（填“極性分子”、“非極性分子”）．
（5）由A、D兩元素形成晶體的晶胞如右圖所示，該晶胞與CaF₂晶胞結(jié)構(gòu)相似，設(shè)晶體密度是ρg•cm^-3．試計算R晶體中A⁺和D^2-最短的距離$\frac{\sqrt{3}}{4}$$\root{3}{\frac{4×78}{ρ{N}_{A}}}$．（阿伏加德羅常數(shù)用N_A表示，只寫出計算式，不用計算）

Answer 1

分析 B原子得一個電子填入3p軌道后，3p軌道已充滿，B為Cl元素；
A⁺比B^-少一個電子層，則A為Na；
C原子的p軌道中有3個未成對電子，C原子的外圍電子排布為ns²np³，是第ⅤA族元素，其氣態(tài)氫化物在水中的溶解度在同族元素所形成的氫化物中最大，所以為N元素；D的最高化合價和最低化合價的代數(shù)和為4，為第ⅥA族元素，最高價氧化物中含D的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%，可推知D的相對原子質(zhì)量為32，其核內(nèi)質(zhì)子數(shù)等于中子數(shù)，所以質(zhì)子數(shù)為16，D為S元素；
A⁺是Na⁺離子，D^2-離子是S^2-離子，R是由Na⁺離子與S^2-離子以2：1形成的離子化合物，R是硫化鈉，據(jù)此解答．

解答 解：B原子得一個電子填入3p軌道后，3p軌道已充滿，B為Cl元素；
A⁺比B^-少一個電子層，則A為Na；
C原子的p軌道中有3個未成對電子，C原子的外圍電子排布為ns²np³，是第ⅤA族元素，其氣態(tài)氫化物在水中的溶解度在同族元素所形成的氫化物中最大，所以為N元素；D的最高化合價和最低化合價的代數(shù)和為4，為第ⅥA族元素，最高價氧化物中含D的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%，可推知D的相對原子質(zhì)量為32，其核內(nèi)質(zhì)子數(shù)等于中子數(shù)，所以質(zhì)子數(shù)為16，D為S元素；
A⁺是Na⁺離子，D^2-離子是S^2-離子，R是由Na⁺離子與S^2-離子以2：1形成的離子化合物，R是硫化鈉，
（1）鈉元素屬于A₂密堆積式，該晶胞含有2個原子，所以Na元素形成的晶體內(nèi)晶胞類型應(yīng)屬于體心立方，其空間利用率為68%，
故答案為：體心立方；68%；
（2）N核外有7個電子，根據(jù)構(gòu)造原理知，該離子基態(tài)核外電子排布式為ls²2s²2p³，電子排布圖為．CB₃分子為NCl₃分子，N原子有一對孤對電子，與Cl原子成3個δ鍵，所以CB₃分子的VSEPR模型為四面體形，
故答案為：；四面體形；
（3）氨分子和水分子間可以形成氫鍵，且氨分子和水分子均為極性分子，相似相溶，氨分子和水分子還可以發(fā)生反應(yīng)，氨氣極易溶于水，
故答案為：氨分子和水分子間可以形成氫鍵，且氨分子和水分子均為極性分子，相似相溶，氨分子和水分子還可以發(fā)生反應(yīng)，氨氣極易溶于水；
（4）同一周期元素中，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而呈增大趨勢，但第VA族元素第一電離能大于相鄰元素，所以P、S、Cl元素的第一電離能大小順序是：Cl＞P＞S；
在S₂Cl₂分子中S原子電子對數(shù)為$\frac{6+2}{2}$=4，雜化軌道類型是sp³，該分子中，電荷的分布是不均勻的，不對稱的，所以是極性分子，
故答案為：Cl＞P＞S；sp³；極性分子；
（5）該晶胞中鈉離子個數(shù)=8，氧離子個數(shù)=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，晶胞的體積=$\frac{\frac{78}{{N}_{A}}×4}{ρ}$cm³=$\frac{78×4}{ρ{N}_{A}}$cm³，晶胞的邊長=$\root{3}{\frac{4×78}{ρ{N}_{A}}}$cm，四個氧離子和一個鈉離子構(gòu)成正四面體，，鈉離子位于正四面體的體心上，四個氧原子位于正四面體的頂點(diǎn)上，鈉原子位于體心上，正四面體的棱長=$\frac{\sqrt{2}}{2}\root{3}{\frac{4×78}{ρ{N}_{A}}}$cm，設(shè)氧離子和鈉離子的距離為x，在正三角形BCD中，BE的長=$\frac{\sqrt{3}}{2}$$\frac{\sqrt{2}}{2}\root{3}{\frac{4×78}{ρ{N}_{A}}}$cm，BO和OE的長之比為2：1，所以BO的長=$\frac{2}{3}$$\frac{\sqrt{3}}{2}$$\frac{\sqrt{2}}{2}\root{3}{\frac{4×78}{ρ{N}_{A}}}$cm=$\frac{\sqrt{6}}{6}$$\root{3}{\frac{4×78}{ρ{N}_{A}}}$cm，（AO的邊長）²=（$\frac{\sqrt{2}}{2}\root{3}{\frac{4×78}{ρ{N}_{A}}}$）²-（$\frac{\sqrt{6}}{6}$$\root{3}{\frac{4×78}{ρ{N}_{A}}}$）²，x²=（$\frac{\sqrt{6}}{6}$$\root{3}{\frac{4×78}{ρ{N}_{A}}}$）²+（AO的邊長-x）²，所以x=$\frac{\sqrt{3}}{4}$$\root{3}{\frac{4×78}{ρ{N}_{A}}}$cm，
故答案為：$\frac{\sqrt{3}}{4}$$\root{3}{\frac{4×78}{ρ{N}_{A}}}$．

點(diǎn)評 本題考查了物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，涉及晶胞的計算、元素周期律、氫鍵等知識點(diǎn)，這些都是學(xué)習(xí)重點(diǎn)也是學(xué)習(xí)難點(diǎn)，同時考查學(xué)生的空間想象能力及數(shù)學(xué)應(yīng)用能力，結(jié)合正三角形的性質(zhì)分析解答，難度較大．