Question

9．现有A、B、C、D、E、F六种物质或粒子，其中A、B、C、D都具有如图所示的结构或结构单元，（图中正四面体以外可能有的部分未画出，虚线不表示化学键或分子间作用力，X、Y可以相同也可以不同）．A、B的晶体类型相同．单质A的同素异形体能与B物质发生置换反应．C、D、E、F含有相等的电子数，且D是阳离子，D与F的组成元素相同．C、E、F的晶体类型相同，由E构成的物质常温下呈液态．请回答下列问题：
（1）写出单质A的同素异形体与B物质发生置换反应的化学方程式SiO₂+2C $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑；同主族的第四周期元素基态原子的外围电子排布式为4s²4p²．
（2）上述六种物质或粒子的组成元素中有三种处于同一周期，请写出这三种元素第一电离能由大到小的顺序：N＞O＞C．
（3）上述六种物质或粒子中互为等电子体的是CH₄、NH₄⁺（写出化学式）．
（4）F分子的中心原子杂化类型是sp³杂化，F易溶于E，其原因是NH₃和H₂O为极性分子符合相似相溶原理，且NH₃和H₂O分子之间能形成氢键．

Answer 1

分析 A、B、C、D、E、F六种物质或粒子，其中A、B、C、D都具有正四面体结构或结构单元，D是阳离子，故D为NH₄⁺；C、D、E、F含有相等的电子数，故电子数为10，D与F的组成元素相同，故F为NH₃；由E构成的物质常温下呈液态，故E为H₂O；C、E、F的晶体类型相同，属于分子晶体，故C为CH₄；A、B的晶体类型相同．单质A的同素异形体能与B物质发生置换反应，A为金刚石，B为二氧化硅．

解答 解：A、B、C、D、E、F六种物质或粒子，其中A、B、C、D都具有正四面体结构或结构单元，D是阳离子，故D为NH₄⁺；C、D、E、F含有相等的电子数，故电子数为10，D与F的组成元素相同，故F为NH₃；由E构成的物质常温下呈液态，故E为H₂O；C、E、F的晶体类型相同，属于分子晶体，故C为CH₄；A、B的晶体类型相同．单质A的同素异形体能与B物质发生置换反应，A为金刚石，B为二氧化硅．
（1）碳与二氧化硅反应生成硅与一氧化碳，反应方程式为SiO₂+2C $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑；同主族的第四周期元素基态原子的外围电子排布式为4s²4p²．
故答案为：SiO₂+2C $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑；4s²4p²．
（2）上述六种物质或粒子的组成元素中C、N、O三种处于同一周期，同周期自左而右等于电离能增大，但N元素的2p能级处于半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素，故C、N、O三元素第一电离能由大到小的顺序：N＞O＞C．
故答案为：N＞O＞C．
（3）原子数相同，电子数目相同的为等电子体，CH₄、NH₄⁺ 是等电子体．
故答案为：CH₄、NH₄⁺．
（4）F分子是NH₃，中心原子N原子成3个σ键，含有1对孤对电子，杂化轨道数为4，采取sp³杂化；NH₃和H₂O为极性分子符合相似相溶原理，且NH₃和H₂O分子之间能形成氢键，所以氨气易溶于水．
故答案为：sp³杂化；NH₃和H₂O为极性分子符合相似相溶原理，且NH₃和H₂O分子之间能形成氢键．

点评 考查物质的推断、电离能、等电子体、杂化轨道与分子的结构与性质关系等，难度难度中等，推断物质或微粒是解题的根据，注意中学常见的检验正四面体根据的物质，D是阳离子具有正四面体结构是推断的突破口，需要学生具有扎实的基础．