Question

9．已知A、B、C、D、E五种元素的原子序数依次增大，A元素位于周期表的s区，其原子中电子层数等于未成对电子数；B的基态原子中电子占据三种能量不同的原子轨道，且每种原子轨道中的电子总数相同；D原子的核外成对电子数是未成对电子数的3倍．A、B、D三种元素组成的一种化合物M是新装修居室中常含有的一种有害气体，A、B两种元素组成的原子个数之比为1：1的化合物N是常见的有机溶剂．E是有“生物金属”之称，E⁴⁺和氩原子的核外电子排布相同．
（1）E的基态原子的价电子排布图为．
（2）B、C、D三种元素的氢化物的沸点高低顺序为H₂O＞NH₃＞CH₄（用化学式表示，下同），稳定性顺序为H₂O＞NH₃＞CH₄；
（3）化合物M是同类物质中为数不多的气体，且分子中所有原子共平面，则M中σ键和π键个数比为3：1，B原子的杂化类型为sp²，M能和水以任意比混溶的原因是甲醛分子能和水分子形成氢键；
（4）E的一种氧化物Q，其晶胞结构如图1所示，则Q的化学式为TiO₂；
（5）电镀厂排放的废水中常含有剧毒的BC^-，可在Q的催化下，先用NaClO将BC⁺氧化成BCD^-，然后在酸性条件下BCD^-可以继续被NaClO氧化成C₂和BD₂；
①与BCD^-互为等电子体的分子是CO₂（写出一种即可）；可以推知BCD^-的空间构型为直线形；
②上述反应中后一步反应的离子方程为2CNO^-+2H⁺+3ClO^-=N₂↑+2CO₂↑+3C1^-+H₂O．
（6）E内部原子的堆积方式与铜相同，都是面心立方堆积方式，如图2所示，则E晶胞中E的配位数为12，若该晶胞的密度为a g/cm³，阿伏加德罗常数为N_A mol^-1，E原子的摩尔质量为Mg/mol，则E原子的半径为$\root{3}{\frac{\sqrt{2}M}{8{aN}_{A}}}$cm．

Answer 1

分析 A、B、C、D、E五种元素的原子序数依次递增，A位于周期表的s区，其原子中电子层数和未成对电子数相同，短周期s区，只有ⅠA有单电子，则A为氢元素；B的基态原子中电子占据三种能量不同的原子轨道，且每种轨道中的电子总数相同，则B原子电子排布式为1s²2s²2p²，故B为碳元素；D原子的核外成对电子对数与未成对电子数之比为3：1，则D为O元素，所以C为N元素；A、B、D三种元素组成的一种化合物M是新装修居室中常含有的一种有害气体，则M为甲醛，A、B两种元素组成的原子个数之比为1：1的化合物N是常见的有机溶剂，则N为苯，E有“生物金属”之称，E⁴⁺离子和氩原子的核外电子排布相同，则E的原子序数为18+4=22，为Ti元素，据此答题即可．

解答 解：A、B、C、D、E五种元素的原子序数依次递增，A位于周期表的s区，其原子中电子层数和未成对电子数相同，短周期s区，只有ⅠA有单电子，则A为氢元素；B的基态原子中电子占据三种能量不同的原子轨道，且每种轨道中的电子总数相同，则B原子电子排布式为1s²2s²2p²，故B为碳元素；D原子的核外成对电子对数与未成对电子数之比为3：1，则D为O元素，所以C为N元素；A、B、D三种元素组成的一种化合物M是新装修居室中常含有的一种有害气体，则M为甲醛，A、B两种元素组成的原子个数之比为1：1的化合物N是常见的有机溶剂，则N为苯，E有“生物金属”之称，E⁴⁺离子和氩原子的核外电子排布相同，则E的原子序数为18+4=22，为Ti元素，
（1）E为钛，Ti是22号元素，其原子核外有22个电子，3d能级上有2个电子、4s能级上有2个电子，3d、4s电子为其价电子，所以其价电子排布图为，故答案为：；
（2）常温下水为液体，沸点最高，氨气、甲烷常温下为气体，氨气分子中存在氢键，沸点比甲烷高，故沸点H₂O＞NH₃＞CH₄，元素的非金属性越强，其气态氢化物越稳定，即稳定性：H₂O＞NH₃＞CH₄故答案为：H₂O＞NH₃＞CH₄；H₂O＞NH₃＞CH₄；
（3）甲醛分子式为：CH₂O，呈平面三角形，则C原子采取sp²杂化；1molM分子中σ键和π键的个数比为3：1，由于甲醛分子能和水分子形成氢键，故甲醛易溶于水，故答案为：3：1；sp²；甲醛分子能和水分子形成氢键；
（4）由晶胞结构可知，晶胞中Ti元素数目为1+8×$\frac{1}{8}$=2，O原子数目为2+4×$\frac{1}{2}$=4，故该氧化物的化学式为TiO₂，故答案为：TiO₂；
（5）①CNO^-的中含有3个原子，价电子数为：4+5+6+1=16，与其是等电子体的分子、离子的化学式依次为CO₂、SCN^-等，二氧化碳为直线形分子，据此得出CNO^-也为直线形分子，故答案为：CO₂、SCN^-等；直线形；
②CNO^-被NaClO氧化成N₂和CO₂，同时还有为C1^-，反应离子方程式为：2CNO^-+2H⁺+3ClO^-=N₂↑+2CO₂↑+3C1^-+H₂O，
故答案为：2CNO^-+2H⁺+3ClO^-=N₂↑+2CO₂↑+3C1^-+H₂O；
（6）Ti的晶胞为面心立方最密堆积，以顶点Ti原子研究，与之最近的Ti原子位于面心上，每个顶点Ti原子为12个面共用，故Ti的配位数为12；令Ti原子半径为r cm，则晶胞棱长=$\frac{2\sqrt{2}}{2}$×4r cm=22$\sqrt{2}$r cm，则晶胞体积=（2$\sqrt{2}$r cm）³=16$\sqrt{2}$r³cm³，晶胞中Ti原子数目=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，晶胞质量=4×$\frac{M}{{N}_{A}}$g，则：
a．g/cm³×16$\sqrt{2}$r³cm³=4×$\frac{M}{{N}_{A}}$g，解得r=$\root{3}{\frac{4M}{{N}_{A}×a×16\sqrt{2}}}$=$\root{3}{\frac{\sqrt{2}M}{8a{N}_{A}}}$，
故答案为：12；$\root{3}{\frac{\sqrt{2}M}{8{aN}_{A}}}$．

点评 本题是对物质结构的考查，涉及核外电子排布图、氢化物稳定性与熔沸点高低判断、杂化轨道、分子结构、晶胞结构与计算等，（6）中需要学生具备一定的空间想象与数学计算能力，难度中等．