Question

19．现有A、B、C、D、E、F原子序数依次增大的六种元素，它们位于元素周期表的前四周期，B元素含有3个能级，且每个能级所含的电子数相同；D的原子核外有8个运动状态不同的电子；E元素与F元素处于同一周期相邻的族，它们的原序数相差3，且E元素的基态原子有4个未成对电子，请回答下列问题：
（1）用元素符号表示B、C、D三种元素的第一电离能由低到高的顺序C＜O＜N．
（2）下列说法错误的是ACD．
   A．二氧化硅的相对分子质量比二氧化碳大，所以沸点：SiO₂＞CO₂
   B．电负性顺序：C＜N＜F
   C．N₂与CO为等电子体，化学性质相似
   D．由于水分子间存在氢键，所以稳定性：H₂O＞H₂S
（3）E元素的+2价氧化物的熔点比+3价氧化物低（填“高”或“低”），原因是Fe²⁺离子半径比Fe³⁺离子半径大，所带电荷少，故FeO晶格能比Fe₂O₃小．
（4）B单质的一种同素异形体的晶胞如图甲所示，若晶体的密度为ρg/cm³，阿伏加德罗常数的值为N_A，则晶体中最近的两个原子之间的距离为$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{96}{ρ{N}_{A}}}$cm．
（5）F离子是人体内多种酶的辅因子，人工模拟酶是当前研究的热点．
   ①F原子的外围电子排布式为3d¹⁰4s¹，向F的硫酸盐溶液中通入过量C与A形成的气体N，可生成[F（N）₄]²⁺，该离子的结构式为．
  ②某化合物与F（Ⅰ）（Ⅰ表示化合价为+1）结合形成图乙所示的离子，该离子中碳原子的杂化方式有sp²、sp³．

Answer 1

分析 现有A、B、C、D、E、F原子序数依次增大的六种元素，均位于元素周期表的前四周期，B元素含有3个能级，且每个能级所含的电子数相同，核外电子排布为1s²2s²2p²，故B为碳元素；D的原子核外有8个运动状态不同的电子，则D为O元素；C的原子序数介于碳、氧之间，故C为N元素；E元素与F元素处于同一周期相邻的族，它们的原序数相差3，二者只能处于第四周期，且E元素的基态原子有4个未成对电子，外围电子排布为3d⁶4s²，则E为Fe，F为Cu，据此解答．

解答 解：现有A、B、C、D、E、F原子序数依次增大的六种元素，均位于元素周期表的前四周期，B元素含有3个能级，且每个能级所含的电子数相同，核外电子排布为1s²2s²2p²，故B为碳元素；D的原子核外有8个运动状态不同的电子，则D为O元素；C的原子序数介于碳、氧之间，故C为N元素；E元素与F元素处于同一周期相邻的族，它们的原序数相差3，二者只能处于第四周期，且E元素的基态原子有4个未成对电子，外围电子排布为3d⁶4s²，则E为Fe，F为Cu．
（1）C、N、O同周期，随原子序数增大，第一电离能呈增大趋势，但N元素原子2p能级容纳3个电子，为半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素，故第一电离能：C＜O＜N，故答案为：C＜O＜N；
（2）A．二氧化硅属于原子晶体，二氧化碳形成分子晶体，故点：SiO₂＞CO₂，故A错误；
B．同周期自左而右电负性增大，故电负性顺序：C＜N＜F，故B正确；
C．N₂与CO为等电子体，氮气分子中N原子之间形成3对共用电子对，化学性质稳定，CO还原性较强，二者化学性质不同，故C错误；
D．水分子间存在氢键，影响物理性质，不影响化学性质，由于非金属性O＞S，所以稳定性：H₂O＞H₂S，故D错误，
故选：ACD；
（3）Fe²⁺离子半径比Fe³⁺离子半径大，所带电荷少，故FeO晶格能比Fe₂O₃小，FeO的熔点比Fe₂O₃低，
故答案为：低；Fe²⁺离子半径比Fe³⁺离子半径大，所带电荷少，故FeO晶格能比Fe₂O₃小；
（4）晶胞中C原子数目=4+6×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{8}$=8，晶胞质量=8×$\frac{12}{{N}_{A}}$g=$\frac{96}{{N}_{A}}$g，若晶体的密度为ρg/cm³，则晶胞体积=$\frac{96}{{N}_{A}}$g÷ρg/cm³=$\frac{96}{ρ{N}_{A}}$=cm³，则晶胞棱长=$\root{3}{\frac{96}{ρ{N}_{A}}}$cm，C原子与周围4个C原子形成正四面体，正四面体中心碳原子与正四面体顶点碳原子相邻，正四面体的棱长a=$\root{3}{\frac{96}{ρ{N}_{A}}}$cm×$\frac{\sqrt{2}}{2}$，斜面高为=$\frac{\sqrt{3}}{2}$a cm，底面中心到边的距离为$\frac{\sqrt{3}}{2}$a×$\frac{1}{3}$ cm，设中心碳原子到顶点碳原子距离为x cm，则中心碳原子到底面面心距离为$\frac{x}{3}$ cm，故正四面体的高为（x+$\frac{x}{3}$ ）cm，则：（x+$\frac{x}{3}$ ）²+（$\frac{\sqrt{3}}{2}$a×$\frac{1}{3}$ ）²=（$\frac{\sqrt{3}}{2}$a）²，整理得x=$\frac{\sqrt{6}}{4}$a，及x=$\frac{\sqrt{6}}{4}$×$\root{3}{\frac{96}{ρ{N}_{A}}}$×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{96}{ρ{N}_{A}}}$，
故答案为：$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{96}{ρ{N}_{A}}}$．
（5）①F为Cu，原子的外围电子排布式为3d¹⁰4s¹ ，C与A形成的气体N，则A为H元素，N为NH₃，F的硫酸盐为CuSO₄，向CuSO₄溶液中通入过量的NH₃可生成[Cu（NH₃）₄]²⁺，铜离子与氨气分子之间形成配位键，N原子提供孤对电子，该离子的结构式为：，
故答案为：3d¹⁰4s¹ ；；
②杂环上的碳原子含有3个σ键，没有孤对电子，采用sp²杂化，甲基、亚甲基上碳原子含有4个共价单键，采用sp³杂化，故答案为：sp²、sp³．

点评 本题是对物质结构的考查，涉及核外电子排布、电负性、配合物、杂化理论、晶胞计算等，（4）中计算为易错点、难点，需要学生理解晶胞结构，具备一定的空间想象与数学计算能力，注意理解均摊法进行晶胞有关计算，难度中等．