Question

20．已知A、B、C、D、E、F是周期表前四周期的元素，原子序數(shù)依次增大．A的基態(tài)原子2p能級有2個單電子；C是地殼中含量最多的元素；E的單質(zhì)常溫常壓下為黃綠色氣體，化學性質(zhì)十分活潑，具有毒性；F位于ds區(qū)，最外能層有單電子，是熱和電最佳導體之一，是唯一的能大量天然產(chǎn)出的金屬；D與F不同周期，但最外能層電子數(shù)相等．

（1）寫出基態(tài)D原子的價電子排布式3s¹．
（2）A、B、C三種元素第一電離能最大的是N（用元素符號表示），其原因是同一周期隨著原子序數(shù)的遞增，元素的第一電離能總體呈現(xiàn)增大趨勢，N原子原子2p軌道為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低．
（3）A、C兩元素形成的化合物AC₂的分子空間構型直線型．與 AC₂互為等電子體的粒子的化學式N₂O、NO₂⁺或BO₂^-．
（4）D、E形成的一種離子化合物，在圖1晶胞結構圖中黑球表示E的位置，白球表示D的位置，已知該晶胞的邊長為n cm，阿伏加德羅常數(shù)為N_A，求晶胞的密度ρ=$\frac{234}{{n}^{3}•{N}_{A}}$g/cm³（用含n、NA的計算式表示）．
（5）由F原子形成的晶胞結構如圖2，F(xiàn)原子的半徑為r，列式表示E原子在晶胞中的空間利用率$\frac{\sqrt{2}π}{6}$（不要求計算結果）．

Answer 1

分析 A、B、C、D、E、F是周期表前四周期的元素，原子序數(shù)依次增大．A的基態(tài)原子2p能級有2個單電子，原子核外電子排布式為1s²2s²2p²，故A為碳元素；C占整個地殼質(zhì)量的48.6%，是地殼中含量最多的元素，則C為O元素；E的單質(zhì)常溫常壓下為黃綠色氣體，化學性質(zhì)十分活潑，具有毒性，則E為Cl；F位于ds區(qū)，最外能層有單電子，是熱和電最佳導體之一，是唯一的能大量天然產(chǎn)出的金屬，F(xiàn)為Cu；D與F不同周期，但最外能層電子數(shù)相等，D的原子序數(shù)大于氧、小于Cl，可知D為Na，
（1）D為Na，處于第三周期IA族；
（2）同一周期隨著原子序數(shù)的遞增，元素的第一電離能總體呈現(xiàn)增大趨勢，N原子原子2p軌道為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低；
（3）A、C兩元素形成的化合物CO₂的分子空間構型為直線形，原子數(shù)目相等、價電子總數(shù)也相等的微�；�為等電子體；
（4）利用均攤法計算晶胞中氯離子、鈉離子數(shù)目，表示出晶胞質(zhì)量，再根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計算晶胞密度；
（5）根據(jù)均攤法計算晶胞中F原子數(shù)目，進而計算晶胞中F原子總體積，面對角線上的原子相鄰，晶胞棱長為面對角線長度的$\frac{\sqrt{2}}{2}$倍，計算晶胞體積，F(xiàn)原子在晶胞中的空間利用率=$\frac{原子體積}{晶胞體積}$．

解答 解：A、B、C、D、E、F是周期表前四周期的元素，原子序數(shù)依次增大．A的基態(tài)原子2p能級有2個單電子，原子核外電子排布式為1s²2s²2p²，故A為碳元素；C占整個地殼質(zhì)量的48.6%，是地殼中含量最多的元素，則C為O元素；E的單質(zhì)常溫常壓下為黃綠色氣體，化學性質(zhì)十分活潑，具有毒性，則E為Cl；F位于ds區(qū)，最外能層有單電子，是熱和電最佳導體之一，是唯一的能大量天然產(chǎn)出的金屬，F(xiàn)為Cu；D與F不同周期，但最外能層電子數(shù)相等，D的原子序數(shù)大于氧、小于Cl，可知D為Na，
（1）D為Na，其價電子排布式為：3s¹，
故答案為：3s¹；
（2）同一周期隨著原子序數(shù)的遞增，元素的第一電離能總體呈現(xiàn)增大趨勢，氧原子的第一電離能小于氮原子的原因是，氧原子的3個2p軌道上排布4個電子，必然有一個2p軌道上占2個電子，這兩個電子在同一個2p軌道上增大了相互之間的排斥力，使得氧原子容易失去一個電子，
故答案為：N；同一周期隨著原子序數(shù)的遞增，元素的第一電離能總體呈現(xiàn)增大趨勢，N原子原子2p軌道為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低；
（3）A、C兩元素形成的化合物CO₂的分子空間構型為直線形，與CO₂互為等電子體的粒子的化學式有N₂O、NO₂⁺ 等，
故答案為：直線型；N₂O  NO₂⁺ 或BO₂^-；
（4）E為Cl、D為Na，晶胞中氯離子數(shù)目為：8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，鈉離子數(shù)目為：1+12×$\frac{1}{4}$=4，則晶胞質(zhì)量為：4×$\frac{58.5}{{N}_{A}}$g，晶胞的邊長為n cm，則晶胞的密度ρ=4×$\frac{58.5}{{N}_{A}}$g÷（n cm）³=$\frac{234}{{n}^{3}•{N}_{A}}$g/cm³，
故答案為：$\frac{234}{{n}^{3}•{N}_{A}}$；
（5）晶胞中F原子數(shù)目為：8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，F(xiàn)原子的半徑為r，則F原子總體積為：4×$\frac{4}{3}$πr³，晶胞棱長為4r×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=2$\sqrt{2}$r，則晶胞體積為（2$\sqrt{2}$r）³，則F原子在晶胞中的空間利用率為：$\frac{4×\frac{4}{3}π{r}^{3}}{（2\sqrt{2}r）^{3}}$=$\frac{\sqrt{2}π}{6}$，
故答案為：$\frac{\sqrt{2}π}{6}$．

點評 本題考查晶胞計算，題目難度較大，涉及核外電子排布、電離能、空間構型、等電子體、晶胞計算等知識，掌握均攤法進行晶胞有關計算，注意同周期第一電離能異常情況，試題培養(yǎng)了學生的分析、理解能力及化學計算能力．