Question

10．A、B、C、D都是元素周期表中的短周期元素，它們的核電荷數(shù)依次增大．A是元素周期表中原子半徑最小的元素，非金屬元素B原子的核外電子數(shù)是未成對電子數(shù)的3倍，C原子的最外層p軌道的電子為半充滿結(jié)構(gòu)，D是地殼中含量最多的元素．E位于第4周期，其基態(tài)原子的內(nèi)層軌道全部排滿電子，且最外層電子數(shù)與A相同．回答下列問題：
（1）E的基態(tài)原子價電子排布圖．
（2）B、C、D的第一電離能由小到大的順序為N＞O＞C．（用元素符號表示）
（3）CA₃物質(zhì)能與很多化合物通過配位鍵發(fā)生相互作用．CA₃與第2周期中的另一種元素的氫化物相互作用得到的化合物X是科學家潛心研究的一種儲氫原料，X是乙烷的等電子體；加熱X會緩慢釋放H₂，轉(zhuǎn)變?yōu)榛�合物Y，Y是乙烯的等電子體．
①化合物CA₃的分子空間構(gòu)型為三角錐形，X的結(jié)構(gòu)式為（必須標明配位鍵）．
②形成CA₃物質(zhì)的中心原子在X、Y分子中的雜化方式分別是sp³和sp²，Y分子中σ鍵和π鍵數(shù)目之比為5：1．
（4）在研究金礦床物質(zhì)組分的過程中，通過分析發(fā)現(xiàn)了E元素存在E-Ni-Zn-Sn-Fe多金屬互化物．
①某種金屬互化物具有自范性，原子在三維空間里呈周期性有序排列，該金屬互化物屬于晶體（填“晶體”或“非晶體”），可通過X射線衍射方法鑒別．
②E能與類鹵素（SCN）₂反應生成E（SCN）₂，類鹵素（SCN）₂對應的酸有兩種，理論上硫氰酸（H-S-C≡N）的沸點低于異硫氰酸（H-N≡C≡S）的沸點，其原因是異硫氰酸分子間可形成氫鍵，而硫氰酸分子間不能形成氫鍵．
③立方NiO（氧化鎳）晶體的結(jié)構(gòu)與氯化鈉相同，其中每個Ni周圍有6個最近距離的氧原子，這些氧原子形成的空間構(gòu)型為正八面體，若NiO晶體的密度為ρg•cm^-3，其晶胞邊長為$\root{3}{\frac{75×4}{ρ{N}_{A}}}$cm（不必計算結(jié)果，阿伏加德羅常數(shù)常數(shù)的值為N_A）．

Answer 1

分析 A、B、C、D都是元素周期表中的短周期元素，它們的核電荷數(shù)依次增大；A是元素周期表中原子半徑最小的元素，則A為H元素；
非金屬元素B原子的核外電子數(shù)是未成對電子數(shù)的3倍，則B是C元素；
D是地殼中含量最多的元素，則D為O元素，C原子的最外層p軌道的電子為半充滿結(jié)構(gòu)，且C原子序數(shù)大于B而小于D，所以C是N元素；
E位于第4周期，其基態(tài)原子的內(nèi)層軌道全部排滿電子，且最外層電子數(shù)與A相同，為Cu元素；
（1）E是Cu元素，有29個電子，其3d、4s電子為Cu原子價電子；
（2）B、C、D分別是C、N、O元素，同一周期元素，其第一電離能隨著原子序數(shù)增大而呈增大趨勢，但第IIA族、第VA族元素第一電離能大于其相鄰元素；
（3）①根據(jù)價層電子對互斥理論確定微粒空間構(gòu)型，形成配位鍵的條件是有空軌道和孤電子對；
②根據(jù)價層電子對互斥理論，價層電子對數(shù)=σ 鍵個數(shù)+孤對電子，據(jù)此確定雜化類型；共價單鍵是σ鍵，共價雙鍵中一個是σ鍵一個是π鍵，共價三鍵中一個σ鍵兩個π鍵；
（4）①晶體具有自范性，可通過X-射線衍射實驗進行鑒別；
②由于異硫氰酸分子間可形成氫鍵，而硫氰酸分子間不能形成氫鍵，所以硫氰酸（H-S-C≡N）的沸點低于異硫氰酸；
③立方NiO（氧化鎳）晶體的結(jié)構(gòu)域氯化鈉相同，其中每個Ni周圍有6個最近距離的氧原子，這些氧原子形成的空間構(gòu)型為正八面體，根據(jù)均攤法計算晶胞中Ni、O原子數(shù)目，根據(jù)ρ=$\frac{M}{V}$計算體積，棱長=$\root{3}{V}$．

解答 解：A、B、C、D都是元素周期表中的短周期元素，它們的核電荷數(shù)依次增大；A是元素周期表中原子半徑最小的元素，則A為H元素；
非金屬元素B原子的核外電子數(shù)是未成對電子數(shù)的3倍，則B是C元素；
D是地殼中含量最多的元素，則D為O元素，C原子的最外層p軌道的電子為半充滿結(jié)構(gòu)，且C原子序數(shù)大于B而小于D，所以C是N元素；
E位于第4周期，其基態(tài)原子的內(nèi)層軌道全部排滿電子，且最外層電子數(shù)與A相同，為Cu元素；
（1）E是Cu元素，有29個電子，其3d、4s電子為Cu原子價電子，其價電子排布圖為，故答案為：；
（2）B、C、D分別是C、N、O元素，同一周期元素，其第一電離能隨著原子序數(shù)增大而呈增大趨勢，但第IIA族、第VA族元素第一電離能大于其相鄰元素，所以第一電離能大小順序是N＞O＞C，故答案為：N＞O＞C；
（3）①氨氣分子中，NH₃中N原子成3個σ鍵，有一對未成鍵的孤對電子，價層電子對數(shù)=3+$\frac{1}{2}$（5-3×1）=4，所以采取sp³雜化，空間構(gòu)型是三角錐型；
NH₃與第二周期另一種元素的氫化物相互作用的產(chǎn)物，X是乙烷的等電子體，應含有18的電子，為BH₃•NH₃，Y是乙烯的等電子體，應為BH₂=NH₂，X中B含有空軌道，N含有孤電子對，可形成配位鍵，X的結(jié)構(gòu)式為，
故答案為：三角錐形；；
②由可知，中心原子形成4個σ 鍵，為sp³雜化，Y是乙烯的等電子體，應為BH₂=NH₂，BH₂=NH₂中B和N都形成3個σ 鍵，為sp²雜化，BH₂=NH₂中含有1個碳氮雙鍵，含有1個π鍵，含有2個B-H鍵、2個N-H鍵，所以分子中σ鍵和π鍵數(shù)目之比為5：1，
故答案為：sp³和sp²；5：1；
（4）①晶體具有自范性，可通過X-射線衍射實驗進行鑒別，某種金屬互化物具有自范性，原子在三維空間里呈周期性有序排列，該金屬互化物屬于晶體，可通過X射線衍射方法鑒別，
故答案為：晶體；X射線衍射；
②由于異硫氰酸分子間可形成氫鍵，而硫氰酸分子間不能形成氫鍵，所以硫氰酸（H-S-C≡N）的沸點低于異硫氰酸，
故答案為：異硫氰酸分子間可形成氫鍵，而硫氰酸分子間不能形成氫鍵；
③立方NiO（氧化鎳）晶體的結(jié)構(gòu)域氯化鈉相同，其中每個Ni周圍有6個最近距離的氧原子，這些氧原子形成的空間構(gòu)型為正八面體，晶胞中Ni原子數(shù)目為1+12×$\frac{1}{4}$=4，氧原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，晶胞體積=$\frac{\frac{（59+16）}{{N}_{A}}×4}{ρ}$cm³，棱長=$\root{3}{V}$=$\root{3}{\frac{\frac{（59+16）}{{N}_{A}}×4}{ρ}}$cm=$\root{3}{\frac{75×4}{ρ{N}_{A}}}$cm，
故答案為：6；正八面體；$\root{3}{\frac{75×4}{ρ{N}_{A}}}$．

點評 本題是對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的考查，涉及晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、核外電子排布、雜化軌道、晶胞計算等，難度中等，（4）為易錯點，注意利用均攤法計算晶胞質(zhì)量，根據(jù)陰陽離子所帶電荷相等計算氧化鎳晶體中離子數(shù)目之比，題目難度中等．