Question

10．已知A、B、C、D是原子序数依次增大的四种短周期主族元素，A的周期数等于其主族序数，B原子的价电子排布为nsⁿnpⁿ，D是地壳中含量最多的元素．E是第四周期元素且最外层只有2对成对电子，F元素与Cr元素位于同一周期的副族元素中且基态原子的最外层电子数与Cr原子相同．
（1）B、C、D三元素第一电离能由大到小的顺序为N＞O＞C（用元素符号表示）．
（2）BD₃^2-中心原子杂化轨道的类型为sp²杂化；CA₄⁺的空间构型为正四面体．
（3）基态E原子的价电子排布图．
（4）1mol BC^-中含有π键的数目为2N_A．
（5）比较D、E元素最简单氢化物的沸点高低：H₂O＞H₂S（用化学式表示）．
（6）C、F两元素形成的某化合物的晶胞结构如图所示，顶点为C原子．则该化合物的化学式是Cu₃N，C原子的配位数是6．若相邻C原子和F原子间的距离为acm，阿伏伽德罗常数为N_A，则该晶体的密度为$\frac{\frac{206}{{N}_{A}}}{8a{\;}^{3}}$g/cm³（用含a、N_A的符号表示）．

Answer 1

分析 A的周期数等于其主族序数，应为H元素，B原子的价电子排布为nsⁿnpⁿ，n=2，应为C元素，D是地壳中含量最多的元素，应为O元素，则C为N元素，E是第四周期的p区元素且最外层只有2对成对电子，应为Se元素，F元素与Cr元素位于同一周期的副族元素中且基态原子的最外层电子数与Cr原子相同，电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，应为Cu元素，以此解答该题．
（1）同周期元素从左到由元素的第一电离能呈增大趋势，N原子2p亚层属于半充满的稳定结构，难失去一个电子，第一电离能大于O元素；
（2）CO₃^2-中心原子形成3个σ键，孤电子对数为$\frac{6-2×3}{2}$=0，杂化轨道数目为3，NH₄⁺的空间构型为正四面体；
（3）Se的外围电子排布为4s²4p⁴，结合泡利原理、洪特规则画出价电子排布图；
（4）CN^-与N₂为等电子体，含有C≡N键，三键含有1个σ键、2个π键；
（5）同一主族元素，其氢化物的沸点随着原子序数的增大而呈增大趋势，但含有氢键的氢化物沸点更高．
（6）由晶胞结构可知，N原子位于顶点，Cu位于棱上，利用均摊法计算晶胞中N、Cu原子数目，进而确定化学式；晶胞中位于顶点和棱心的位置最近，则N原子的配位数是6，若相邻C原子和F原子间的距离为a nm，则边长为2a nm，表示出晶胞质量，根据ρ=$\frac{m}{V}$计算．

解答 解：AA的周期数等于其主族序数，应为H元素，B原子的价电子排布为nsⁿnpⁿ，n=2，应为C元素，D是地壳中含量最多的元素，应为O元素，则C为N元素，E是第四周期的p区元素且最外层只有2对成对电子，应为Se元素，F元素与Cr元素位于同一周期的副族元素中且基态原子的最外层电子数与Cr原子相同，电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，应为Cu元素；
（1）同周期元素从左到由元素的第一电离能呈增大趋势，由于O原子核外价电子排布式2s²2p⁴，而N原子核外价电子排布式2s²2p³，2p亚层属于半充满的稳定结构，难失去一个电子，因此第一电离能较大的为N元素，则顺序为：N＞O＞C；
故答案为：N＞O＞C；
（2）CO₃^2-中心原子形成3个σ键，孤电子对数为$\frac{6-2×3}{2}$=0，杂化轨道数目为3，杂化轨道的类型为sp²，NH₄⁺中心原子形成4个σ键，空间构型为正四面体，
故答案为：sp²；正四面体；
（3）Se的外围电子排布为4s²4p⁴，价电子排布图为；
故答案为：；
（4）CN^-与N₂为等电子体，含有C≡N键，则1mol BC^-中含有π键的数目为2N_A；
故答案为：2N_A；
（5）同一主族元素，其氢化物的沸点随着原子序数的增大而呈增大趋势，但含有氢键的氢化物沸点更高，水中含有氢键、H₂S中不含氢键，所以沸点：H₂O＞H₂S，
故答案为：H₂O＞H₂S；
（6）由晶胞结构可知，N原子位于顶点，晶胞中N个数为8×$\frac{1}{8}$=1，Cu位于棱上，晶胞中Cu原子个数为12×$\frac{1}{4}$=3，则化学式为Cu₃N，晶胞中位于顶点和棱心的位置最近，则N原子的配位数是6；
若相邻C原子和F原子间的距离为acm，则边长为2acm，晶胞的体积为8a³cm³，晶胞的质量为$\frac{206}{{N}_{A}}$g，则密度为$\frac{206}{{N}_{A}}$g÷8a³cm³=$\frac{\frac{206}{{N}_{A}}}{8a{\;}^{3}}$g/cm³；
故答案为：Cu₃N；6；$\frac{\frac{206}{{N}_{A}}}{8a{\;}^{3}}$．

点评 本题考查物质的结构与性质，涉及核外电子排布、电离能、杂化方式、空间构型、化学键、元素周期律应用、晶胞计算等，难度中等，注意掌握利用均摊法进行晶胞的有关计算．