Question

16．A、B、C、D、E为原子序数依次增大的四种元素，A的价电子层中的未成对电子有3个，B的最外层电子数为其内层电子数的3倍，C、D为同周期元素，C元素基态原子的3p轨道上有4个电子，D元素最外层有一个未成对电子，E位于第四周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，且最外层电子数为2．回答下列问题：
（1）C原子的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁴，E的价电子轨道表示式为．
（2）A、B、C中第一电离能最大的是N（填元素符号），其中A的氢化物（AH₃）分子中，A原子轨道的杂化类型是sp³．A的氢化物（AH₃）分子极易溶于水的原因NH₃分子与水分子之间形成氢键，且氨气分子与水分子都是极性分子，相似相溶
（3）化合物D₂B的立体构型为V形，单质D与湿润的Na₂CO₃反应可制备D₂B，同时还生成两种厨房中常用的物质，其化学方程式为2Cl₂+2Na₂CO₃+H₂O=Cl₂O+2NaHCO₃+2NaCl．
（4）E与C所形成化合物的立方晶胞如图所示．
①在1个晶胞中，E离子的数目为4．
②该化合物的化学式为ZnS．
③晶胞中两个E原子间的最短距离是a cm求该晶胞的密度$\frac{87}{\sqrt{2}{a}^{3}{N}_{A}}$ g/cm³．

Answer 1

分析 A、B、C、D、E为原子序数依次增大的四种元素，B的最外层电子数为其内层电子数的3倍，原子只能有2个电子层，最外层电子数为6，故B为O元素；A的价电子层中的未成对电子有3个，原子序数小于氧，则核外电子排布式为1s²2s²2p³，故A为N元素；C、D为同周期元素，C元素基态原子的3p轨道上有4个电子，C原子核外电子排布式1s²2s²2p⁶3s²3p⁴，故C为S元素，D元素最外层有一个未成对电子，则D为Cl元素；E位于第四周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，且最外层电子数为2，原子核外电子数为2+8+18+2=30，故E为Zn．

解答 解：A、B、C、D、E为原子序数依次增大的四种元素，B的最外层电子数为其内层电子数的3倍，原子只能有2个电子层，最外层电子数为6，故B为O元素；A的价电子层中的未成对电子有3个，原子序数小于氧，则核外电子排布式为1s²2s²2p³，故A为N元素；C、D为同周期元素，C元素基态原子的3p轨道上有4个电子，C原子核外电子排布式1s²2s²2p⁶3s²3p⁴，故C为S元素，D元素最外层有一个未成对电子，则D为Cl元素；E位于第四周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，且最外层电子数为2，原子核外电子数为2+8+18+2=30，故E为Zn．
（1）C元素基态原子的3p轨道上有4个电子，原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁴，E位于第四周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，且最外层电子数为2，价电子排布式为：3d¹⁰4s²，价电子轨道表示式为，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁴；；
（2）同周期随原子序数增大，元素第一电离能呈增大趋势，氮元素原子2p轨道为半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素的，同主族自上而下第一电离能减小，故第一电离能：N＞O＞S，
NH₃分子中，N原子形成3个键，含有1对孤对电子，N原子杂化轨道数目为4，故N原子采取sp³杂化，
NH₃分子与水分子之间形成氢键，且氨气分子与水分子都是极性分子，相似相溶，故氨气极易溶于水，
故答案为：N；sp³；NH₃分子与水分子之间形成氢键，且氨气分子与水分子都是极性分子，相似相溶；
（3）化合物Cl₂O中O原子孤电子对数=$\frac{6-1×2}{2}$=2，价层电子对数=2+2=4，故其空间构型为V形，单质氯气与湿润的Na₂CO₃反应可制备Cl₂O，同时还生成两种厨房中常用的物质，即生成碳酸氢钠与氯化钠，其化学方程式为：2Cl₂+2Na₂CO₃+H₂O=Cl₂O+2NaHCO₃+2NaCl，
故答案为：V形；2Cl₂+2Na₂CO₃+H₂O=Cl₂O+2NaHCO₃+2NaCl；
（4）①在1个晶胞中，E离子处于晶胞顶点与面心，晶胞中E离子的数目为为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，
故答案为：4；
②晶胞中S原子数目为4，Zn原子数目为4，则晶体化学式为ZnS，
故答案为：ZnS；
③晶胞质量为4×$\frac{65+32}{{N}_{A}}$g，两个E原子间的最短距离是a cm，则晶胞面对角线上长度为2a cm，则晶胞棱长为2a cm×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=$\sqrt{2}$a cm，故该晶胞的密度为4×$\frac{65+32}{{N}_{A}}$g÷（$\sqrt{2}$a cm）³=$\frac{87}{\sqrt{2}{a}^{3}{N}_{A}}$ g/cm³，
故答案为：$\frac{87}{\sqrt{2}{a}^{3}{N}_{A}}$g/cm³．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、电离能、空间构型与杂化方式、氢键、晶胞计算等，（4）中关键是计算晶胞棱长，掌握均摊法进行晶胞有关计算，注意同周期第一电离能异常情况．