Question

11．原子序數依次增大的四種元素A、B、C、D分別處于第一至第四周期，自然界中存在多種A的化合物，B原子核外電子有6種不同的運動狀態(tài)，B與C可形成正四面體形分子，D的基態(tài)原子的最外能層只有一個電子，其他能層均已充滿電子．請回答下列問題：
（1）這四種元素中電負性最大的元素，其基態(tài)原子的價電子排布圖為，第一電離能最小的元素是Cu（填元素符號）．
（2）C所在主族的前四種元素分別與A形成的化合物，沸點由高到低的順序是HF＞HI＞HBr＞HCl（填化學式），呈現如此遞變規(guī)律的原因是HF分子之間形成氫鍵，使其熔沸點較高，HI、HBr、HCl分子之間只有范德華力，相對分子質量越大，范德華力越大，沸點越高；．
（3）B元素可形成多種單質，一種晶體結構如圖一所示，其原子的雜化類型為sp²、另一種的晶胞如圖二所示，該晶胞的空間利用率為34%，若此晶胞中的棱長為356.6pm，則此晶胞的密度為3.5g•cm^-3（保留兩位有效數字）．（$\sqrt{3}=1.732$）

（4）D元素形成的單質，其晶體的堆積模型為面心立方最密堆積，D的醋酸鹽晶體局部結構如圖三，該晶體中含有的化學鍵是①②③（填選項序號）．
①極性鍵    ②非極性鍵    ③配位鍵    ④金屬鍵
（5）向D的硫酸鹽溶液中滴加過量氨水，觀察到的現象是首先形成藍色沉淀，繼續(xù)滴加氨水，沉淀溶解，得到深藍色的透明溶液．
請寫出上述過程的離子方程式：Cu²⁺+2NH₃•H₂O═Cu（OH）₂↓+2NH₄⁺、Cu（OH）₂+4NH₃•H₂O═[Cu（NH₃）₄]²⁺+2OH^-+4H₂O．

Answer 1

分析 原子序數依次增大的四種元素A、B、C、D分別處于第一至第四周期，B原子核外電子有6種不同的運動狀態(tài)，即核外有6個電子，則B為碳元素；自然界中存在多種A的化合物，則A為氫元素；D的基態(tài)原子的最外能層只有一個電子，其他能層均已充滿電子，D原子外圍電子排布為3d¹⁰4s¹，則D為銅元素；結合原子序數可知，C只能處于第三周期，B與C可形成正四面體型分子，則C為氯元素．
（1）四種元素中電負性最大的是Cl，其基態(tài)原子的價電子排布為3s²3p⁵，結合泡利原理、洪特規(guī)則畫出價電子排布圖；金屬性越強，第一電離能越小；
（2）HF分子間存在氫鍵，沸點最高，其它鹵化氫隨著相對分子質量遞增，其沸點升高；
（3）圖一為平面結構，在其層狀結構中碳碳鍵鍵角為120°，每個碳原子都結合著3個碳原子，碳原子采取sp²雜化；
根據均攤法計算晶胞中C原子數目，令碳原子直徑為a，計算晶胞中C原子總體積，碳原子與周圍的4個原子形成正四面體結構，中心碳原子與正四面體頂點原子相鄰，其連線處于體對角線上，且為對角線長的$\frac{1}{4}$，故體對角線長為4a，故棱長為$\frac{4\sqrt{3}}{3}$a，則晶胞體積為（$\frac{4\sqrt{3}}{3}$a）³，再計算晶胞體積，晶胞空間利用率=$\frac{原子總體積}{晶胞體積}$×100%；
根據晶胞含有原子數目，計算晶胞質量，再根據ρ=$\frac{m}{V}$計算晶胞密度；
（4）晶體Cu為面心立方最密堆積，結合圖三醋酸銅晶體的局部結構可知：碳與碳之間形成非極性鍵，C與氧之間形成極性鍵，且氧與銅離子之間有配位鍵；
（5）硫酸銅溶液中加入氨水會產生氫氧化銅藍色沉淀，繼續(xù)滴加氨水，沉淀溶解，得到四氨合銅絡離子，溶液為深藍色的透明溶液．

解答 解：原子序數依次增大的四種元素A、B、C、D分別處于第一至第四周期，B原子核外電子有6種不同的運動狀態(tài)，即核外有6個電子，則B為碳元素；自然界中存在多種A的化合物，則A為氫元素；D的基態(tài)原子的最外能層只有一個電子，其他能層均已充滿電子，D原子外圍電子排布為3d¹⁰4s¹，則D為銅元素；結合原子序數可知，C只能處于第三周期，B與C可形成正四面體型分子，則C為氯元素，
（1）四種元素中電負性最大的是Cl，其基態(tài)原子的價電子排布為3s²3p⁵，其基態(tài)原子的價電子排布圖為，四種元素中只有Cu為金屬，其它為非金屬，故Cu的第一電離能最小，
故答案為：；Cu；
（2）HF分子之間形成氫鍵，使其熔沸點較高，HI、HBr、HCl分子之間只有范德華力，相對分子質量越大，范德華力越大，沸點越高，即沸點由高到低的順序是HF＞HI＞HBr＞HCl，
故答案為：HF＞HI＞HBr＞HCl；HF分子之間形成氫鍵，使其熔沸點較高，HI、HBr、HCl分子之間只有范德華力，相對分子質量越大，范德華力越大，沸點越高；
（3）圖一為平面結構，在其層狀結構中碳碳鍵鍵角為120°，每個碳原子都結合著3個碳原子，碳原子采取sp²雜化；
一個晶胞中含碳原子數為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$+4=8，令碳原子直徑為a，晶胞中C原子總體積=8×$\frac{4}{3}$π（$\frac{a}{2}$）³，碳原子與周圍的4個原子形成正四面體結構，中心碳原子與正四面體頂點原子相鄰，其連線處于體對角線上，且為對角線長的$\frac{1}{4}$，故體對角線長為4a，故棱長為$\frac{4\sqrt{3}}{3}$a，則晶胞體積為（$\frac{4\sqrt{3}}{3}$a）³，晶胞空間利用率={[8×$\frac{4}{3}$π（$\frac{a}{2}$）³]÷（$\frac{4\sqrt{3}}{3}$a）³}×100%≈34%，
晶胞質量為$\frac{8×12}{6.02×1{0}^{23}}$g，若此晶胞中的棱長為356.6pm，則晶胞體積為（356.6×10^-10cm）³，則此晶胞的密度為 $\frac{8×12}{6.02×1{0}^{23}}$g÷（356.6×10^-10cm）³=3.5g．cm^-3，
故答案為：sp²；34%；3.5；
（4）晶體Cu為面心立方最密堆積，結合圖三醋酸銅晶體的局部結構可知：碳與碳之間形成非極性鍵，C與氧之間形成極性鍵，且氧與銅離子之間有配位鍵，其晶體中含有極性鍵、非極性鍵和配位鍵，
故答案為：面心立方最密堆積；①②③；
（5）硫酸銅溶液中加入氨水會產生藍色沉淀，繼續(xù)滴加氨水，沉淀溶解，得到深藍色的透明溶液，有關反應的離子方程式為Cu²⁺+2NH₃•H₂O═Cu（OH）₂↓+2NH₄⁺、Cu（OH）₂+4NH₃•H₂O═[Cu（NH₃）₄]²⁺+2OH^-+4H₂O，
故答案為：首先形成藍色沉淀，繼續(xù)滴加氨水，沉淀溶解，得到深藍色的透明溶液；Cu²⁺+2NH₃•H₂O═Cu（OH）₂↓+2NH₄⁺、Cu（OH）₂+4NH₃•H₂O═[Cu（NH₃）₄]²⁺+2OH^-+4H₂O．

點評 本題是對物質結構的考查，題目綜合性較大，涉及元素推斷、核外電子排布、晶體結構與化學鍵、雜化軌道、配合物、晶胞計算等，是對學生綜合能力的考查，（3）中計算為易錯點、難度，需要學生具備一定的空間想象與數學計算能力，難度中等．