Question

3．有A、B、C、D四種元素．已知A原子的p軌道中有3個(gè)未成對(duì)電子，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．B 的基態(tài)原子占據(jù)兩種形狀的原子軌道，且兩種形狀軌道中的電子總數(shù)均相同，B位于元素周期表的s區(qū)．C元素原子的外圍電子層排布式為ns^n-1np^n-1． D原子M能層為全充滿狀態(tài)，且核外的未成對(duì)電子只有一個(gè)．請(qǐng)回答下列問題：
（1）ACl₃分子中A的雜化類型為sp³．ACl₃分子的空間構(gòu)型為三角錐形．

（2）某同學(xué)根據(jù)上述信息，推斷B的核外電子排布如圖1所示，該同學(xué)所畫的電子排布圖違背了能量最低原理．
（3）A、B、C三元素原子第一電離能由大到小的順序?yàn)镹＞Si＞Mg（用元素符號(hào)表示）．C₆₀分子中每個(gè)原子只跟相鄰的3個(gè)原子形成共價(jià)鍵，且每個(gè)原子最外層都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，則C₆₀分子中π鍵的數(shù)目為30．
（4）D的基態(tài)原子有7種能量不同的電子；D²⁺的價(jià)電子排布式為3d⁹；圖 2乙（填甲、乙或丙）表示的是D晶體中微粒的堆積方式．若該晶體中一個(gè)晶胞的邊長(zhǎng)為a cm，則D晶體的密度為$\frac{4×64}{{a}^{3}•{N}_{A}}$g/cm³（寫出含a的表達(dá)式，用N_A表示阿伏加德羅常數(shù)的值）．若D的原子半徑為r，則D晶胞這種堆積模型的空間利用率為$\frac{4×\frac{4}{3}π{r}^{3}}{（2\sqrt{2}r）^{3}}$×100%．（用含r的式子表示，不需化簡(jiǎn)）

Answer 1

分析 A、B、C、D四種元素．已知A原子的p軌道中有3個(gè)未成對(duì)電子，外圍電子排布為ns²np³，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，應(yīng)與水分子之間形成氫鍵，可推知A為N元素；B 的基態(tài)原子占據(jù)兩種形狀的原子軌道，且兩種形狀軌道中的電子總數(shù)均相同，位于元素周期表的s區(qū)，原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²，則B為Mg元素；C元素原子的外圍電子層排布式為ns^n-1np^n-1，s能級(jí)只能容納2個(gè)電子，故n=3，則C為Si元素； D原子M能層為全充滿狀態(tài)，且核外的未成對(duì)電子只有一個(gè)，則原子核外電子數(shù)為2+8+18+1=29，故D為Cu，據(jù)此解答．

解答 解：A、B、C、D四種元素．已知A原子的p軌道中有3個(gè)未成對(duì)電子，外圍電子排布為ns²np³，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，應(yīng)與水分子之間形成氫鍵，可推知A為N元素；B 的基態(tài)原子占據(jù)兩種形狀的原子軌道，且兩種形狀軌道中的電子總數(shù)均相同，位于元素周期表的s區(qū)，原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²，則B為Mg元素；C元素原子的外圍電子層排布式為ns^n-1np^n-1，s能級(jí)只能容納2個(gè)電子，故n=3，則C為Si元素； D原子M能層為全充滿狀態(tài)，且核外的未成對(duì)電子只有一個(gè)，則原子核外電子數(shù)為2+8+18+1=29，故D為Cu，
（1）NCl₃分子中N原子含有孤電子對(duì)=$\frac{5-1×3}{2}$=1，價(jià)層電子對(duì)數(shù)=3+1=4，則N原子采取sp³雜化，為三角錐形結(jié)構(gòu)，
故答案為：sp³；三角錐形；
（2）3p能級(jí)能量高于3s能級(jí)，應(yīng)填充滿3s能級(jí)再填充3p能級(jí)，違背能量最低原理，
故答案為：能量最低原理；
（3）非金屬性越強(qiáng)，第一電離能越大，故第一電離能N＞Si＞Mg，C₆₀分子中每個(gè)原子只跟相鄰的3個(gè)原子形成共價(jià)鍵，且每個(gè)原子最外層都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，則每個(gè)C形成的這3個(gè)鍵中，必然有1個(gè)雙鍵，這樣每個(gè)C原子最外層才滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，雙鍵數(shù)應(yīng)該是C原子數(shù)的一半，而每個(gè)雙鍵有1個(gè)π鍵，顯然π鍵數(shù)目為30，
故答案為：N＞Si＞Mg；30；
（4）Cu的基態(tài)原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s能級(jí)能量不同，有7種能量不同的電子；Cu²⁺的價(jià)電子排布式為3d⁹；
Cu為面心立方最密堆積，是ABC型方式堆積，故為圖乙結(jié)構(gòu)；晶胞中Cu原子數(shù)目=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，晶胞質(zhì)量=4×$\frac{64}{{N}_{A}}$g，該晶體中一個(gè)晶胞的邊長(zhǎng)為a cm，則晶胞體積=（a cm）³=a³ cm³，則Cu晶體的密度=（4×$\frac{64}{{N}_{A}}$g）÷a³ cm³=$\frac{4×64}{{a}^{3}•{N}_{A}}$g/cm³，
若Cu的原子半徑為r，則晶胞棱長(zhǎng)=4r×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=2$\sqrt{2}$r，則晶胞體積=（2$\sqrt{2}$r）³，晶胞中Cu原子總體積=4×$\frac{4}{3}$πr³，則Cu晶胞這種堆積模型的空間利用率為$\frac{4×\frac{4}{3}π{r}^{3}}{（2\sqrt{2}r）^{3}}$×100%，
故答案為：7；3d⁹；乙；$\frac{4×64}{{a}^{3}•{N}_{A}}$g/cm³；$\frac{4×\frac{4}{3}π{r}^{3}}{（2\sqrt{2}r）^{3}}$×100%．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的考查，題目綜合性較大，涉及分子結(jié)構(gòu)、雜化軌道、核外電子排布、電離能、晶胞計(jì)算等，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，（4）中晶胞空間利用率計(jì)算是難點(diǎn)、易錯(cuò)點(diǎn)，關(guān)鍵理解原子半徑與晶胞棱長(zhǎng)關(guān)系，掌握均攤法進(jìn)行晶胞有關(guān)計(jì)算．