Question

2．已知A、B、C、D、E、F都是周期表中前四周期的元素，它們的原子序數(shù)依次增大．其中A、C原子的L層有2個(gè)未成對(duì)電子．D與E同主族，D的二價(jià)陽(yáng)離子與C的陰離子具有相同的電子層結(jié)構(gòu)．F³⁺離子M層3d軌道電子為半滿狀態(tài)．請(qǐng)根據(jù)以上情況，回答下列問(wèn)題：（答題時(shí)，用所對(duì)應(yīng)的元素符號(hào)表示）
（1）寫出F原子的外圍電子排布式3d⁶4s²．

元    素		M	F
電離能 （kJ•mol-1）	I1	717	759
	I2	1509	1561
	I3	3248	2957

（2）與A₂^2-互為等電子體的單質(zhì)是N₂，A₂^2-中成鍵原子的雜化類型是sp
（3）F和M（質(zhì)子數(shù)為25）兩元素的部分電離能數(shù)據(jù)列于右表：比較兩元素的I₂、I₃可知，氣態(tài)M²⁺再失去一個(gè)電子比氣態(tài)F²⁺再失去一個(gè)電子難．對(duì)此，你的解釋是：Mn²⁺的3d軌道電子排布為半滿狀態(tài)較穩(wěn)定．
（4）H₂S和C元素的氫化物（分子式為H₂C₂）的主要物理性質(zhì)比較如下：

	熔點(diǎn)/K	沸點(diǎn)/K	標(biāo)準(zhǔn)狀況時(shí)在水中的溶解度
H2S	187	202	2.6
H2C2	272	423	以任意比互溶

H₂S和H₂C₂的相對(duì)分子質(zhì)量基本相同，造成上述物理性質(zhì)差異的主要原因：H₂O₂分子間存在氫鍵，與水分子可形成氫鍵；
（5）如圖a、b分別為M、F晶體的堆積模型，假設(shè)M的原子半徑分別為Ranm，它的空間利用率：（不用化簡(jiǎn)）M$\frac{π}{3\sqrt{2}}$．

Answer 1

分析 A、B、C、D、E、F都是周期表中前四周期的元素，它們的原子序數(shù)依次增大，其中A、C原子的L層有2個(gè)未成對(duì)電子，且A原子序數(shù)小于C，則A是C、C是O元素，B介于A和C元素之間，為N元素；
D與E同主族，D的二價(jià)陽(yáng)離子與C的陰離子具有相同的電子層結(jié)構(gòu)，則D為Mg元素；E為Ca元素，
F³⁺離子M層3d軌道電子為半滿狀態(tài)，F(xiàn)原子核外電子數(shù)為26，為Fe元素；
（1）Fe原子核外3d、4s能級(jí)電子為其價(jià)電子，根據(jù)構(gòu)造原理書寫Fe原子價(jià)電子排布式；
（2）原子個(gè)數(shù)相等、電子數(shù)相等的微�；�為等電子體；C₂^2-中成鍵原子價(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C原子雜化方式；
（3）F是Fe元素、M是Mn元素，原子軌道電子數(shù)處于全滿、全空、半滿時(shí)最穩(wěn)定；
（4）含有氫鍵的氫化物熔沸點(diǎn)較高、溶解性較大；
（5）b中M原子個(gè)數(shù)=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，原子所占體積=4×$\frac{4}{3}$πRa³（nm）³，晶胞中面上3個(gè)原子共直線，則棱長(zhǎng)=2$\sqrt{2}$Ranm，晶胞體積=（2$\sqrt{2}$Ra）³（nm）³．

解答 解：A、B、C、D、E、F都是周期表中前四周期的元素，它們的原子序數(shù)依次增大，其中A、C原子的L層有2個(gè)未成對(duì)電子，且A原子序數(shù)小于C，則A是C、C是O元素，B介于A和C元素之間，為N元素；
D與E同主族，D的二價(jià)陽(yáng)離子與C的陰離子具有相同的電子層結(jié)構(gòu)，則D為Mg元素；E為Ca元素，
F³⁺離子M層3d軌道電子為半滿狀態(tài)，F(xiàn)原子核外電子數(shù)為26，為Fe元素；
（1）Fe原子核外3d、4s能級(jí)電子為其價(jià)電子，根據(jù)構(gòu)造原理書寫Fe原子價(jià)電子排布式為3d⁶4s²，
故答案為：3d⁶4s²；
（2）原子個(gè)數(shù)相等、電子數(shù)相等的微�；�為等電子體，則與A₂^2-互為等電子體的單質(zhì)是N₂；C₂^2-中成鍵原子價(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C原子雜化方式為sp，
故答案為：N₂；sp；
（3）F是Fe元素、M是Mn元素，原子軌道電子數(shù)處于全滿、全空、半滿時(shí)最穩(wěn)定，Mn²⁺的3d軌道電子排布為半滿狀態(tài)較穩(wěn)定，所以氣態(tài)Mn²⁺再失去一個(gè)電子比氣態(tài)Fe²⁺再失去一個(gè)電子難，
故答案為：Mn²⁺的3d軌道電子排布為半滿狀態(tài)較穩(wěn)定；
（4）含有氫鍵的氫化物熔沸點(diǎn)較高、溶解性較大，H₂O₂分子間存在氫鍵，與水分子可形成氫鍵，所以雙氧水的熔沸點(diǎn)和溶解性大于硫化氫，
故答案為：H₂O₂分子間存在氫鍵，與水分子可形成氫鍵；
（5）b中M原子個(gè)數(shù)=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，原子所占體積=4×$\frac{4}{3}$π（Ra）³（nm）³，晶胞中面上3個(gè)原子共直線，則棱長(zhǎng)=2$\sqrt{2}$Ranm，晶胞體積=（2$\sqrt{2}$Ra）³（nm）³，其空間利用率=$\frac{4×\frac{4}{3}π（Ra）^{3}（nm）^{3}}{（2\sqrt{2}Ra）^{3}（nm）^{3}}$=$\frac{π}{3\sqrt{2}}$，
故答案為：$\frac{π}{3\sqrt{2}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，涉及晶胞計(jì)算、氫鍵、等電子體、原子雜化方式判斷等知識(shí)點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析、判斷及計(jì)算能力，難點(diǎn)是晶胞計(jì)算，注意（5）中每個(gè)面上對(duì)角線的3個(gè)原子緊鄰，題目難度中等．