Question

9．A、B、C、D、E、F均属前四周期且原子序数依次增大的六种元素，其中A、B、C是同一周期相邻的三种元素，C的氢化物水溶液呈碱性； D的基态原子3p轨道上有3个未成对电子；E、F为副族元素，4s能级均只有一个电子．回答下列问题：
（1）A、B、C三种元素按电负性由小到大的顺序是BCN或B＜C＜N（用元素符号表示）．
（2）B与氧原子能形成四原子阴离子，其中B的杂化方式为sp²杂化；C的三氯化物分子的立体构型为三角锥形．
（3）任写一种与BC^-离子互为等电子体的离子C₂^2-或O₂²⁺（写出化学式）．
（4）F原子的外围电子排布式为3d¹⁰4s¹，F晶体中原子的堆积方式是图1中的丙 （填写“甲”、“乙”或“丙”）．
（5）E的离子可以形成多种配合物，将ECl₃溶液蒸发浓缩，析出深绿色晶体．该晶体中E³⁺、Cl^-、H₂O的物质的量之比为1：3：6，且E的配位数为6．向1.0mol该晶体的溶液中加入足量AgNO₃溶液产生143.5g白色沉淀，则该配合物的化学式为[Cr（H₂O）₄Cl₂]Cl•2H₂O．
（6）AD是一种耐磨材料，其结构与金刚石相似，图2为其晶体结构单元，它可由A的三溴化物和D的三溴化物于高温下在氢气的氛围中合成．
①写出合成AD的化学方程式：BBr₃+PBr₃+3H₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$BP+6HBr．
②已知晶体中A与D原子的最近距离为a pm，则该晶体密度的表达式为$\frac{4×42}{{N}_{A}×（\frac{4}{\sqrt{3}}a×1{0}^{-10}）^{3}}$g/cm³．（不需化简，阿伏加德罗常数为N_A）

Answer 1

分析 A、B、C、D、E、F均属前四周期且原子序数依次增大的六种元素，其中A、B、C是同一周期相邻的三种元素，C的氢化物水溶液呈碱性，则C为N验算，结合原子序数大小可知B为C、A为B元素；D的基态原子3p轨道上有3个未成对电子，其核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p³，故D为P元素；E、F为副族元素，4s能级均只有一个电子，核外电子排布式分别为：1s²2s²2p⁶3s²2p⁶3d⁵4s¹、1s²2s²2p⁶3s²2p⁶3d¹⁰4s¹，则E为Cr元素、F为Cu元素，据此进行解答（1）～（5）；
（6）①高温下，B的三溴化物和P的三溴化物在氢气的氛围中合成BP，根据反应物、生成物及反应条件书写方程式；
②晶体中B与P原子的最近距离为anm，即a×10^-7cm，，图中1、2、3、4原子形成正四面体结构，这四个原子之间的B原子位于正四面体体心上，1、5原子之间的距离为a×10^-7cm，顶点到体心距离与体心到底面距离之比为3：1，则其高为$\frac{4}{3}$×a×10^-7cm，设1、2原子之间距离为x，1、2、3原子形成的正三角形底面的高=$\frac{\sqrt{3}}{2}$x，正三角形顶点到中心的距离与中心到底的距离之比为2：1，所以正三角形顶点到中心的距离=$\frac{\sqrt{3}}{2}$x×$\frac{2}{3}$=$\frac{\sqrt{3}}{3}$x，由1、2、5构成直角三角形中存在x²=（$\frac{\sqrt{3}}{3}$x）²+（$\frac{4}{3}$×a×10^-7）²，x=$\frac{2\sqrt{6}}{3}$×a×10^-7，则晶胞棱长=$\sqrt{\frac{（2x）^{2}}{2}}$cm=$\frac{4}{\sqrt{3}}a×1{0}^{-7}$cm，晶胞体积=（$\frac{4}{\sqrt{3}}a×1{0}^{-7}$）³cm³，
该晶胞中B原子个数为4、P原子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，再根据密度=$\frac{m}{V}$计算．

解答 解：A、B、C、D、E、F均属前四周期且原子序数依次增大的六种元素，其中A、B、C是同一周期相邻的三种元素，C的氢化物水溶液呈碱性，则C为N验算，结合原子序数大小可知B为C、A为B元素；D的基态原子3p轨道上有3个未成对电子，其核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p³，故D为P元素；E、F为副族元素，4s能级均只有一个电子，核外电子排布式分别为：1s²2s²2p⁶3s²2p⁶3d⁵4s¹、1s²2s²2p⁶3s²2p⁶3d¹⁰4s¹，则E为Cr元素、F为Cu元素，
（1）A、B、C分别为B、C、N，同一周期中，原子序数越大，电负性越小，则三种元素按电负性由小到大的顺序为：B C N或B＜C＜N，
故答案为：B C N或B＜C＜N；
（2）B为C元素，与氧元素形成的四原子阴离子为CO₃^2-，CO₃^2-离子中C原子价层电子对数=3+$\frac{4+2-2×3}{2}$=3，且C原子不含孤电子对，所以其空间构型为平面三角形，C原子采用sp²杂化；C为N元素，其三氯化物为NCl₃，其分子中含有3个单键和1个孤对电子，其分子中N原子采用sp³杂化，分子的立体构型为三角锥形，
故答案为：sp²杂化；三角锥形；
（3）原子个数相等、价电子数相等的微粒互为等电子体，与CN^-离子互为等电子体的有：C₂^2-或O₂²⁺，
故答案为：C₂^2-或O₂²⁺；
（4）F除最外层原子轨道处于半充满状态，其余能层均充满电子，为Cu，原子序数为29，原子核外电子排布为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，外围电子排布式为：3d¹⁰4s¹，Cu晶体属于面心立方最密堆积，为ABC型排列方式，故图丙符合，
故答案为：3d¹⁰4s¹；丙；
（5）向1.0mol该晶体的溶液中加入足量AgNO₃溶液产生143.5g白色沉淀，该白色沉淀为AgCl，其物质的量为：$\frac{143.5g}{143.5g/mol}$=1mol，说明在该化合物中含有1个氯离子，Cr³⁺、Cl^-、H₂O的物质的量之比为1：3：6，则配位离子中含有氯离子数为：3-1=2，配位离子中含有水为：6-2=4，则含有结晶水水的个数为：6-4=2，故该配位化合物的化学式为：[Cr（H₂O）₄Cl₂]Cl•2H₂O，
故答案为：[Cr（H₂O）₄Cl₂]Cl•2H₂O；
（6）①高温下，B的三溴化物和P的三溴化物在氢气的氛围中合成BP，根据反应物、生成物及反应条件书写方程式为BBr₃+PBr₃+3H₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$BP+6HBr，
故答案为：BBr₃+PBr₃+3H₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$BP+6HBr；
②晶体中B与P原子的最近距离为apm，即a×10^-7cm，，图中1、2、3、4原子形成正四面体结构，这四个原子之间的B原子位于正四面体体心上，1、5原子之间的距离为a×10^-7cm，顶点到体心距离与体心到底面距离之比为3：1，则其高为$\frac{4}{3}$×a×10^-7cm，设1、2原子之间距离为x，1、2、3原子形成的正三角形底面的高=$\frac{\sqrt{3}}{2}$x，正三角形顶点到中心的距离与中心到底的距离之比为2：1，所以正三角形顶点到中心的距离=$\frac{\sqrt{3}}{2}$x×$\frac{2}{3}$=$\frac{\sqrt{3}}{3}$x，由1、2、5构成直角三角形中存在：x²=（$\frac{\sqrt{3}}{3}$x）²+（$\frac{4}{3}$×a×10^-7）²，解得：x=$\frac{2\sqrt{6}}{3}$×a×10^-7，则晶胞棱长=$\sqrt{\frac{（2x）^{2}}{2}}$cm=$\frac{4}{\sqrt{3}}a×1{0}^{-7}$cm，晶胞体积=（$\frac{4}{\sqrt{3}}a×1{0}^{-7}$）³cm³，
该晶胞中B原子个数为4、P原子个数为：8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，
所以该晶胞密度为：$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{V}$=$\frac{\frac{42}{{N}_{A}}×4}{（\frac{4}{\sqrt{3}}{×a×1{0}^{-7}）}^{3}}$g/cm³=$\frac{4×42}{{N}_{A}×（\frac{4}{\sqrt{3}}a×1{0}^{-10}）^{3}}$g/cm³，
故答案为：$\frac{4×42}{{N}_{A}×（\frac{4}{\sqrt{3}}a×1{0}^{-10}）^{3}}$．

点评 本题考查了位置结构与性质关系的综合应用、晶胞的计算，题目难度较大，注意熟练掌握原子结构与元素周期表、元素周期律的关系，推断元素为解答关键，（6）中晶胞计算为难点、易错点，注意掌握晶胞计算的方法与技巧，试题培养了学生的分析、理解能力及化学计算能力．