Question

10．已知A、B、C、D四種短周期元素的核電荷數(shù)依次增大．A原子s軌道電子數(shù)是p軌道電子數(shù)的兩倍，C原子的L能層中有兩對成對電子，C、D同主族．E、F是第四周期元素，且E位于周期表第9列，F(xiàn)原子核外有33種不同運(yùn)動狀態(tài)的電子．根據(jù)以上信息用相應(yīng)的元素符號填空：
（1）E在周期表中的位置第四周期，第Ⅷ族，F(xiàn)C₄^3-離子的空間構(gòu)型為正四面體，與其互為等電子體的一種有機(jī)分子為CCl₄（填化學(xué)式）
（2）B元素所在周期第一電離能最大的元素是Ne（填元素符號）．B的簡單氫化物分子中，原子間形成σ鍵時，發(fā)生重疊的軌道分別為sp³雜化軌道和s軌道、（填軌道名稱）
（3）A與氫可形成多種化合物，其中一種化合物的分子式是A₈H₈，分子中只有σ鍵，該分子的結(jié)構(gòu)簡式是；該化合物中A的雜化軌道類型是sp³雜化．
（4）用KCN處理含E²⁺的鹽溶液，有紅色的E（CN）₂析出，將它溶于過量的KCN溶液后，可生成紫色的[E（CN）₆]^4-，該離子具有強(qiáng)還原性，在加熱時能與水反應(yīng)生成淡黃色[E（CN）₆]^3-，寫出該反應(yīng)的離子方程式：2[Co（CN）₆]^4-+2H₂O=2[Co（CN）₆]^3-+H₂↑+2OH ^-．
（5）E的一種氧化物的晶胞如圖1所示，在該晶體中與一個鈷原子等距離且最近的鈷原子有12個；筑波材料科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室一個科研小組發(fā)現(xiàn)了在 5K 下呈現(xiàn)超導(dǎo)性的晶體，該晶體具有EO₂的層狀結(jié)構(gòu)（如圖2所示，小球表示E原子，大球表示O原子）．下列用粗線畫出的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元示意圖不能描述EO₂的化學(xué)組成的是D

Answer 1

分析 A、B、C、D四種短周期元素的核電荷數(shù)依次增大，A原子s軌道電子數(shù)是p軌道電子數(shù)的兩倍，原子核外電子排布為1s²2s²2p²，則A為C元素；C原子的L能層中有兩對成對電子，原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁴，則C為O元素；B的原子序數(shù)介于碳、氧之間，則B為N元素；C、D同主族，則D為S元素；E、F是第四周期元素，且E位于周期表第9列，則E為Co；F原子核外有33種不同運(yùn)動狀態(tài)的電子，則F為As元素，
（1）根據(jù)電子排布式確定在周期表中位置；根據(jù)價(jià)層電子對互斥理論確定微粒空間構(gòu)型；原子個數(shù)相等、價(jià)電子數(shù)相等的微粒為等電子體；
（2）同周期中稀有氣體元素的第一電離能最大；B的簡單氫化物為NH₃，NH₃分子中，原子間形成σ鍵時，發(fā)生重疊的原子軌道分別為sp³雜化軌道和s軌道；
（3）C與氫可形成多種化合物，其中一種化合物的分子式是C₈H₈，分子中只有σ鍵，該分子的結(jié)構(gòu)簡式是，根據(jù)碳原子形成4個σ鍵，沒有孤對電子確定碳原子雜化方式；
（4）[Co（CN）₆]^4-配離子具有強(qiáng)還原性，在加熱時能與水反應(yīng)生成淡黃色[Co（CN）₆]^3-，只能是水中氫元素被還原為氫氣，根據(jù)電荷守恒有氫氧根離子生成；
（5）由氧化物晶胞結(jié)構(gòu)可知晶胞中Co、O原子數(shù)目之比為1：1，假設(shè)黑色球?yàn)镃o原子，以頂點(diǎn)Co原子為研究對象，與之等距離且最近的鈷原子位于面心，每個頂點(diǎn)為8個晶胞共用，每個面心為2個晶胞共用；CoO₂的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元示意圖中Co、O原子數(shù)目之比應(yīng)為1：2，結(jié)合均攤法計(jì)算判斷．

解答 解：A、B、C、D四種短周期元素的核電荷數(shù)依次增大，A原子s軌道電子數(shù)是p軌道電子數(shù)的兩倍，原子核外電子排布為1s²2s²2p²，則A為碳元素；C原子的L能層中有兩對成對電子，原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁴，則C為O元素；B的原子序數(shù)介于碳、氧之間，則B為N元素；C、D同主族，則D為S元素；E、F是第四周期元素，且E位于周期表第9列，則E為Co；F原子核外有33種不同運(yùn)動狀態(tài)的電子，則F為As．
（1）Co為27號元素，核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁷4s²，位于周期表第四周期，第Ⅷ族，AsO₄^3-離子中As原子孤電子對數(shù)=$\frac{5+3-2×4}{2}$=0，價(jià)層電子對數(shù)4+0=4，故為正四面體構(gòu)型，與其互為等電子體的一種有機(jī)分子為CCl₄，
故答案為：第四周期，第Ⅷ族；正四面體；CCl₄；
（2）N元素所在周期第一電離能最大的元素是Ne；B的簡單氫化物為NH₃，NH₃分子中，原子間形成σ鍵時，發(fā)生重疊的原子軌道分別為sp³雜化軌道和s軌道；
故答案為：Ne；sp³雜化軌道和s軌道；
（3）C與氫可形成多種化合物，其中一種化合物的分子式是C₈H₈，分子中只有σ鍵，該分子的結(jié)構(gòu)簡式是，碳原子形成4個σ鍵，沒有孤對電子確定，碳原子雜化方式為sp³雜化；
故答案為：sp³雜化；
（4）[Co（CN）₆]^4-配離子具有強(qiáng)還原性，在加熱時能與水反應(yīng)生成淡黃色[Co（CN）₆]^3-，只能是水中氫元素被還原為氫氣，根據(jù)電荷守恒有氫氧根離子生成，該反應(yīng)離子方程式為：2[Co（CN）₆]^4-+2H₂O=2[Co（CN）₆]^3-+H₂↑+2OH ^-，
故答案為：2[Co（CN）₆]^4-+2H₂O=2[Co（CN）₆]^3-+H₂↑+2OH ^-；
（5）由氧化物晶胞結(jié)構(gòu)可知晶胞中Co、O原子數(shù)目之比為1：1，假設(shè)黑色球?yàn)镃o原子，以頂點(diǎn)Co原子為研究對象，與之等距離且最近的鈷原子位于面心，每個頂點(diǎn)為8個晶胞共用，每個面心為2個晶胞共用，在該晶體中與一個鈷原子等距離且最近的鈷原子數(shù)目為$\frac{3×8}{2}$=12；
CoO₂的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元示意圖中Co、O原子數(shù)目之比應(yīng)為1：2，由圖象可知：
A中Co、O原子數(shù)目之比為1：4×$\frac{1}{2}$=1：2，符合，
B中Co、O原子數(shù)目之比為（1+4×$\frac{1}{4}$）：4=1：2，符合，
C中Co、O原子數(shù)目之比為4×$\frac{1}{4}$：4×$\frac{1}{2}$=1：2，符合，
D中Co、O原子數(shù)目之比為1：4×$\frac{1}{4}$=1：1，不符合，
故答案為：12；D．

點(diǎn)評 本題是對物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及核外電子排布、雜化方式與空間構(gòu)型判斷、電離能、等電子體、配合物、晶胞計(jì)算等，推斷元素是解題關(guān)鍵，（2）為易錯點(diǎn)，學(xué)生容易忽略稀有氣體，難度較大．