Question

A、B、C为原子序数依次递增的短周期元素，A元素原子的电子总数等于其基态电子层数，B元素原子的价电子结构为nsⁿnpⁿ，C元素原子的第一电离能在同族元素中最大并且高于同周期左右相邻的元素，但其单质的熔点却低于同周期左右相邻元素的单质，D的价电子结构为3d⁶4s²，请回答：
（1）C与A形成的最简单分子是

 

分子（填“极性”或“非极性”），该分子与A⁺结合成新的离子时，所得微粒的键角∠A-C-A发生改变，其原因是

 

．
（2 ）在由A、B两元素形成的一系列化合物中，若要求所有的原子都有可能在同一个平面中，则对B原子成键轨道的要求是

 

；
（3）一定条件下，元素B可形成多种同素异形体，它们有的属原子晶体、有的属分子晶体、有的属混合型晶体，如图1是其中某种晶体的一个晶胞，该晶胞中含有

 

个B原子．元素B不能形成最紧密堆积结构的原子晶体，其原因是

 

．
（4）如图2为晶体D的晶胞结构，若D原子的半径为r cm，N_A为阿伏加德罗常数的值，则晶体D的密度为

 

．

Answer 1

分析：A、B、C为原子序数依次递增的短周期元素，A元素原子的电子总数等于其基态电子层数，则A为H元素；B元素原子的价电子结构为nsⁿnpⁿ，s能级只能容纳2个电子，则n=2，其价电子结构为2s²2p²，则B为C元素；C元素原子的第一电离能在同族元素中最大并且高于同周期左右相邻的元素，最高能级为全满或半满稳定状态，处于ⅡA或ⅤA族，其单质的熔点却低于同周期左右相邻元素的单质，只能处于第二周期ⅤA族，则C为N元素；D的价电子结构为3d⁶4s²，则D为Fe元素，据此解答．

解答：解：A、B、C为原子序数依次递增的短周期元素，A元素原子的电子总数等于其基态电子层数，则A为H元素；B元素原子的价电子结构为nsⁿnpⁿ，s能级只能容纳2个电子，则n=2，其价电子结构为2s²2p²，则B为C元素；C元素原子的第一电离能在同族元素中最大并且高于同周期左右相邻的元素，最高能级为全满或半满稳定状态，处于ⅡA或ⅤA族，其单质的熔点却低于同周期左右相邻元素的单质，只能处于第二周期ⅤA族，则C为N元素；D的价电子结构为3d⁶4s²，则D为Fe元素，
（1）C与A形成的最简单分子为NH₃，为三角锥型，正负电荷重心不重合，属于极性分子；NH₃与H⁺结合成新的离子NH₄⁺时，NH₃中有一对孤对电子，当孤对电子与H⁺结合形成配位键形成NH₄⁺后，孤对电子成为成键电子，四个键等同，斥力也等同，成为正四面体，所以HNH键的键角就变为109°28′，
故答案为：极性；NH₃中有一对孤对电子，当孤对电子与H⁺结合形成配位键形成NH₄⁺后，孤对电子成为成键电子，四个键等同，斥力也等同，成为正四面体，所以HNH键的键角就变为109°28′；
（2 ）在由H、C两元素形成的一系列化合物为烃，若要求所有的原子都有可能在同一个平面中，为平面结构或直线型结构，则B原子不能有sp³杂化轨道，只能有sp和sp²杂化轨道，
故答案为：B原子不能有sp³杂化轨道，只能有sp和sp²杂化轨道；
（3）一定条件下，碳元素可形成多种同素异形体，它们有的属原子晶体、有的属分子晶体、有的属混合型晶体，如图1是其中某种晶体的一个晶胞，该晶胞中4个C原子位于晶胞内部、6个C原子位于面心、8个C原子位于顶点上，故该晶胞中含有C原子数目=4+6×

1

2

+8×

1

8

=8；原子晶体是原子之间是以共价键结合的，共价键有饱和性和方向性，一个原子不能形成12条共价键，所以原子晶体不能形成配位数是12的最密堆积结构，
故答案为：8；原子晶体是原子之间是以共价键结合的，共价键有饱和性和方向性，一个原子不能形成12条共价键，所以原子晶体不能形成配位数是12的最密堆积结构；
（4）图2为晶体Fe的晶胞结构，为体心立方堆积，晶胞中Fe原子数目=1+8×

1

8

=2，晶胞质量=

2×56

NA

g，若D原子的半径为r cm，令棱长为a cm，则3a²=（4r）²，解得a=

4 3

3

r，则晶胞体积为（

4 3

3

r cm）³=

64 3

9

r³ cm³，则该晶体的密度=

2×56 NA g

64 3 9 r3 cm3

=

21 3

4NAr3

g/cm³，
故答案为：

21 3

4NAr3

g/cm³．

点评：本题考查物质结构与性质，涉及核外电子排布、分子结构与性质、杂化理论、化学键、晶胞结构与计算等，题目中涉及从理论分析结构问题，既考查基础知识运用又考查学生的语言表达能力，（4）中运用立体几何知识计算晶胞的棱长是关键，难度中等．