Question

12．物质的结构决定性质，性质反映其结构特点．
（1）氮族元素包括N、P、As、Sb和Bi五种元素．
①基态N原子的价电子排布图为．
②下列关于氮族元素的说法正确的是d．
a．N₂可用于填充霓虹灯．其发光原理是电子从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道，以光的形式释放能量
b．P、N、S三种元素的第一电离能由大到小的顺序是：P＞S＞N
c．基态As原子中，电子占据的最高能级为4d
d．Bi原子中最外层有5个运动状态不同的电子
（2）金刚石和石墨是碳元素的两种常见单质，下列叙述中正确的有ac
a．金刚石中碳原子的杂化类型为sp³杂化，石墨中碳原子的杂化类型为sp²
b．晶体中共价键的键长：金刚石中C-C＜石墨中C-C；
c．晶体的熔点：金刚石＜石墨
d．晶体中共价键的键角：金刚石＞石墨
（3）某石蕊的分子结构如图所示．
①石蕊分子所含元素中，基态原子2p轨道有两个成单电子的是碳、氧（填元素名称）； 由其中两种元素形成的三角锥构型的一价阳离子是H₃O⁺（填化学式）；
②该石蕊易溶解于水，分析可能的原因是石蕊分子中含有-OH和-NH₂，均能与H₂O形成氢键；由结构知，该分子为极性分子，根据相似相溶原理，易溶于水．

Answer 1

分析 （1）①N原子核外价电子数为5，处于2p能级上的3个电子应尽可能分占3个不同2p原子轨道，且自旋状态相同；
②a．根据能量守恒和电子能级跃迁原理，只有当电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道，才能以光的形式释放能量，据此判断；
b．同周期自左而右元素的第一电离能呈增大趋势，但ⅡA族最外层为ns能级容纳2个电子，为全满确定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素，ⅤA族np能级容纳3的电子，为半满稳定状态，能量较低，第一电离能也高于同周期相邻元素，同主族自上而下电离能降低；
c．基态As原子的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³，据此作判断；
d．Bi原子为第ⅤA族第六周期，它的最外层的电子排布为：6s²6p³，处于不同轨道；
（2）A．金刚石中碳原子与四个碳原子形成4个共价单键，构成正四面体；P石墨中的碳原子与相邻的三个碳原子以σ键结合，形成平面正六边形结构；
B．sp²杂化中，s轨道的成分比sp³杂化更多，而且石墨的碳原子还有大π键所以形成的共价键更短；
C．键长越短，键越牢固；
D．金刚石中碳原子与四个碳原子形成4个共价单键，构成正四面体，石墨中的碳原子与相邻的三个碳原子成键，形成正六角形的平面层状结构．
（3）①石蕊分子所含元素中，基态原子2p轨道有两个成单电子的是C或O元素；由其中两种元素形成的三角锥构型的一价阳离子中价层电子对个数是4且含有一个孤电子对；
②氢键的存在导致物质的溶解性增大，再结合相似相溶原理分析．

解答 解：（1）①N原子核外价电子数为5，分别位于2s、2p轨道，其价电子排布图为，故答案为：；
②a．根据能量守恒和电子能级跃迁原理，只有当电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道，才能以光的形式释放能量，故a错误；
b．根据元素周期律，P、S两种元素位于同一周期，但P最外层处于半充满状态，第一电离能：S＜P，P、N两种元素位于同一主族，第一电离能：P＜N，故b正确；
c．基态As原子的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³，电子占据的最高能级为4p，故c错误；
d．Bi原子为第ⅤA族第六周期，它的最外层的电子排布为：6s²6p³，处于不同轨道，5个电子运动状态不同，故d正确；
故答案为：d；
（2）a．金刚石中碳原子与四个碳原子形成4个共价单键，构成正四面体，碳原子的杂化类型为sp³杂化；石墨中的碳原子与相邻的三个碳原子以σ键结合，形成平面正六边形结构，碳原子的杂化类型为sp²杂化，故a正确；
b．sp²杂化中，s轨道的成分比sp³杂化更多，而且石墨的碳原子还有大π键所以形成的共价键更短，更牢固，即石墨的层内C-C键长＜金刚石中C-C键长，故b错误；
c．石墨的层内共价键键长比金刚石的键长短，作用力更大，破坏化学键需要更大能量，所以晶体的熔点金刚石＜石墨，故c正确；
d．金刚石中碳原子与四个碳原子形成4个共价单键，构成正四面体，键角为109°28′，石墨中的碳原子用sp²杂化轨道与相邻的三个碳原子以σ键结合，形成正六角形的平面层状结构，键角为120°，故d错误．
故选：ac．
（3）①石蕊分子所含元素中，基态原子2p轨道有两个成单电子的是C、O元素；由其中两种元素形成的三角锥构型的一价阳离子中价层电子对个数是4且含有一个孤电子对，该微粒为H₃O⁺，故答案为：碳 氧；H₃O⁺；
②石蕊分子中含有-OH和-NH₂，均能与H₂O形成氢键，氢键的存在导致物质的溶解性增大；由结构知，该分子为极性分子，根据相似相溶原理，石蕊易溶于水，
故答案为：石蕊分子中含有-OH和-NH₂，均能与H₂O形成氢键；由结构知，该分子为极性分子，根据相似相溶原理，易溶于水．

点评 本题考查了元素周期律、分子结构、晶体类型与熔沸点高低判断、晶体结构、杂化类型的判断等，中等难度，注意把握金刚石和石墨的晶胞图，需要学生具备空间想象能力，知道相似相溶原理及氢键对物质性质的影响等知识点，注意基础知识的理解掌握．