Question

碳、氮、氧、氟都是位于第二周期的重要的非金屬元素．請回答下列問題：
（1）基態(tài)氟原子的核外電子排布式是

 

．
（2）C、N、O、F四種元素第一電離能從大到小的順序是

 

．
（3）碳和另外三種元素均可形成化合物．四氟化碳的空間構(gòu)型為

 

，CF₄可以利用甲烷與Cl₂和HF在一定條件下反應來制備，其反應方程式為

 

；CO是

 

分子（填“極性”或“非極性”），CO的常見等電子體為N₂、CN^-，已知CN^-與N₂結(jié)構(gòu)相似，推算HCN分子中σ鍵與π鍵數(shù)目之比為

 

；C₃N₄是一種新型材料，它的硬度比金剛石還高，可做切割工具，可推測出C₃N₄屬于

 

晶體．
（4）N₄分子結(jié)構(gòu)和白磷一樣都是正四面體．又已知斷裂1mol N-N鍵吸收167kJ熱量，生成1molN≡N鍵放出942kJ熱量，0.1molN₄轉(zhuǎn)變?yōu)镹₂將放出

 

熱量．
（5）CaF₂和CaC₂都屬于離子晶體．CaF₂晶體的密度為a g?cm^-3，則晶胞（如圖）的體積是

 

（只要
求列出算式）．
（6）CaC₂晶體的晶胞與氯化鈉相似，但由于CaC₂晶體中的C₂^2-存在，使晶胞沿一個方向拉長，則CaC₂晶體中1個C₂^2-周圍距離最近且相等的Ca²⁺數(shù)目為

 

，C₂^2-與O₂²⁺互為等電子體，O₂²⁺的電子式為

 

．

Answer 1

考點：原子核外電子排布,元素電離能、電負性的含義及應用,“等電子原理”的應用,晶胞的計算,反應熱和焓變

專題：原子組成與結(jié)構(gòu)專題,化學鍵與晶體結(jié)構(gòu)

分析：（1）F為9號元素核外有9個電子，根據(jù)構(gòu)造原理書寫電子排布式；
（2）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IIA族、第VA族元素的第一電離能大于相鄰元素；
（3）四氟化碳與甲烷的空間構(gòu)型相同；甲烷與Cl₂和HF反應生成四氟化碳；CN^-與N₂結(jié)構(gòu)相似，C原子與N原子之間形成三鍵，則HCN分子結(jié)構(gòu)式為H-C≡N，三鍵中含有1個σ鍵、2個π鍵，單鍵屬于σ鍵；根據(jù)物理性質(zhì)判斷晶體類型；
（4）由N₄分子結(jié)構(gòu)可知，1molN₄分子中含有6molN-N鍵，反應熱等于反應物的總鍵能減去生成物的總鍵能，據(jù)此計算解答；
（5）根據(jù)晶胞圖算出每個晶胞中CaF₂的數(shù)目，再根據(jù)V=

m

ρ

求算；
（6）氯化鈉晶胞中配位數(shù)為6，每個陰離子周圍距離最近且相等的陽離子數(shù)目為6，由于CaC₂晶體中的C₂^2-存在，使晶胞沿一個方向拉長，則CaC₂晶體中1個C₂^2-周圍距離最近且相等的Ca²⁺數(shù)目減少；等電子體的結(jié)構(gòu)相似，故O₂²⁺的電子式與C₂^2-的電子式相似．

解答： 解：（1）F為9號元素核外有9個電子，根據(jù)構(gòu)造原理其電子排布式為：1s²2s²2p⁵；
故答案為：1s²2s²2p⁵；
（2）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IIA族、第VA族元素的第一電離能大于相鄰元素，這幾種元素都是第二周期元素，它們的族序數(shù)分別是：第IVA族、第VA族、第VIA族、第VIIA族，所以它們的第一電離能大小順序是F＞N＞O＞C；
故答案為：F＞N＞O＞C；
（3）四氟化碳與甲烷的空間構(gòu)型相同，所以四氟化碳的空間構(gòu)型為正四面體；甲烷與Cl₂和HF反應生成四氟化碳，其反應的化學方程式為：CH₄+4HF+4Cl₂=CF₄+8HCl；CN^-與N₂結(jié)構(gòu)相似，C原子與N原子之間形成三鍵，則HCN分子結(jié)構(gòu)式為H-C≡N，三鍵中含有1個σ鍵、2個π鍵，單鍵屬于σ鍵，故HCN分子中σ鍵與π鍵數(shù)目之比為1：1，
C₃N₄是一種新型材料，它的硬度比金剛石還高，具有原子晶體的物理性質(zhì)，所以屬于原子晶體；
故答案為：正四面體；CH₄+4HF+4Cl₂=CF₄+8HCl；1：1；原子；
（4）由題意知，N≡N的鍵能為942kJ/mol，N-N鍵的鍵能為167kJ/mol，
生成1molN₄的反應為：2N₂（g）=N₄（g），反應熱等于反應物的總鍵能減去生成物的總鍵能，故反應熱△H=2×942kJ/mol-6×167kJ/mol=+882kJ/mol，所以0.1molN₄轉(zhuǎn)變?yōu)镹₂將放出88.2kJ熱量；
故答案為：88.2kJ；
（5）在晶胞中Ca²⁺數(shù)目為8×

1

8

+6×

1

2

=4，F(xiàn)^-數(shù)目為8，則V=

m

ρ

=

4×78g/mol

ag?cm-3×6.02×1023mol-1

；
故答案為：

4×78g/mol

ag?cm-3×6.02×1023mol-1

；
（6）氯化鈉晶胞中配位數(shù)為6，每個陰離子周圍距離最近且相等的陽離子數(shù)目為6，由于CaC₂晶體中的C₂^2-存在，使晶胞沿一個方向拉長，則CaC₂晶體中1個C₂^2-周圍距離最近且相等的Ca²⁺數(shù)目減少，為4個；根據(jù)等電子體的結(jié)構(gòu)相似，則O₂²⁺的電子式 ，
故答案為：4；．

點評：本題考查了元素周期表和周期律的應用，涉及電子排布式的書寫、電負性的比較、等電子原理、晶胞的計算、電子式的書寫等，題目綜合性較強，難度中等．