题目内容

3．已知A、B、C、D、E五种元素的原子序数依次递增，A、B、C、D位于前三周期．A位于周期表的s区，其原子中电子层数和未成对电子数相同；B的基态原子中电子占据三种能量不同的原子轨道，且每种轨道中的电子总数相同；D原子的核外成对电子数与未成对电子数的比值为3：2．同时含有A、B、D三种元素的化合物M是一种居室污染气体，其分子中所有的原子共平面．A、B两种元素组成的原子个数比为1：1的化合物N是常见的有机溶剂．E有“生物金属”之称，E4+离子和氩原子的核外电子排布相同．
请回答下列问题：（答题时，A、B、C、D、E用所对应的元素符号表示）
（1）下列叙述正确的是d（填字母）．
a．M易溶于水，是因为M是极性分子；N不溶于水，是因为N是非极性分子
b．M和二氧化碳分子中的中心原子均采用sp2杂化
c．N分子中含有6个σ键和3个π键
d．BD2晶体的熔、沸点都比二氧化硅晶体的低
（2）金属E的晶胞是面心立方结构（如图），则E晶体的1个晶胞中含E原子数为：4，距离E原子最近且等距离的E的原子数为：12，该晶胞中原子的空间利用率为74%．
（3）X和Y分别是B和C与氢的化合物，这两种化合物都含有18电子．X和Y的化学式分别是C2H6、N2H4．两者沸点的关系为X＜Y（“＞”或“＜”），原因是X分子间作用力小于Y．

分析 A、B、C、D、E五种元素的原子序数依次递增，A、B、C、D位于前三周期，A位于周期表的s区，其原子中电子层数和未成对电子数相同，则A为H元素；
B的基态原子中电子占据三种能量不同的原子轨道，且每种轨道中的电子总数相同，则B为为C元素；
D原子的核外成对电子数与未成对电子数的比值为3：2，则D为O元素，所以C为N元素；
同时含有A、B、D三种元素的化合物M是一种居室污染气体，其分子中所有的原子共平面，则M为HCHO；
A、B两种元素组成的原子个数比为1：1的化合物N是常见的有机溶剂，则N为苯；
E有“生物金属”之称，E4+离子和氩原子的核外电子排布相同，则E原子核外电子数=18+4=22，为Ti元素；
（1）a．正负电荷中心不重合的为极性分子，重合的为非极性分子；
b．M分子中C原子价层电子对个数是3、二氧化碳分子中C原子价层电子对个数是2，根据价层电子对互斥理论判断原子杂化方式；
c．苯分子中含有12个σ键和1个大π键；
d．分子晶体熔沸点低于原子晶体；
（2）利用均摊分计算该晶胞中Ti原子个数，距离E原子最近且等距离的E的原子数=3×8÷2，
设原子半径为rcm，面的对角线上的三个原子紧靠在一起，所以晶胞面上对角线长为4rcm，则晶胞棱长=$\sqrt{\frac{（4r）^{2}}{2}}$cm=2$\sqrt{2}$rcm，晶胞体积=（2$\sqrt{2}$r）3cm3，晶胞中原子所占体积=4×$\frac{4}{3}π$r3cm3=$\frac{16π}{3}$r3cm3，该晶胞中原子的空间利用率为原子所占体积与晶胞体积的比；
（3）X和Y分别是B和C与氢的化合物，这两种化合物都含有18电子，则X为C2H6、Y为N2H4；不含氢键的分子晶体熔沸点与分子间作用力成正比，分子间作用力与相对分子质量成正比．

解答 解：A、B、C、D、E五种元素的原子序数依次递增，A、B、C、D位于前三周期，A位于周期表的s区，其原子中电子层数和未成对电子数相同，则A为H元素；
B的基态原子中电子占据三种能量不同的原子轨道，且每种轨道中的电子总数相同，则B为为C元素；
D原子的核外成对电子数与未成对电子数的比值为3：2，则D为O元素，所以C为N元素；
同时含有A、B、D三种元素的化合物M是一种居室污染气体，其分子中所有的原子共平面，则M为HCHO；
A、B两种元素组成的原子个数比为1：1的化合物N是常见的有机溶剂，则N为苯；
E有“生物金属”之称，E4+离子和氩原子的核外电子排布相同，则E原子核外电子数=18+4=22，为Ti元素；
（1）a．正负电荷中心不重合的为极性分子，重合的为非极性分子，M是甲醛、N是苯，二者都是非极性分子，因为甲醛和水能形成氢键而易溶于水，苯和水不能形成氢键，所以苯不易溶于水，故a错误；
b．M分子中C原子价层电子对个数是3、二氧化碳分子中C原子价层电子对个数是2，根据价层电子对互斥理论判断原子杂化方式分别为sp2、sp，故b错误；
c．苯分子中含有12个σ键和1个大π键，苯分子中不存在碳碳双键和碳碳单键，是介于单键和双键之间的特殊键，故c错误；
d．分子晶体熔沸点低于原子晶体，二氧化硅是原子晶体、二氧化碳是分子晶体，所以二氧化碳的熔沸点比二氧化硅的低，故d正确；
故选d；
（2）Ti原子个数=6×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{8}$=4，距离E原子最近且等距离的E的原子数=3×8÷2=12，
设原子半径为rcm，面的对角线上的三个原子紧靠在一起，所以晶胞面上对角线长为4rcm，则晶胞棱长=$\sqrt{\frac{（4r）^{2}}{2}}$cm=2$\sqrt{2}$rcm，晶胞体积=（2$\sqrt{2}$r）3cm3，晶胞中原子所占体积=4×$\frac{4}{3}π$r3cm3=$\frac{16π}{3}$r3cm3，该晶胞中原子的空间利用率$\frac{\frac{16π}{3}{r}^{3}c{m}^{3}}{（2\sqrt{2}rcm）^{3}}$×100%=74%，
故答案为：4；12；74%；
（3）X和Y分别是B和C与氢的化合物，这两种化合物都含有18电子，则X为C2H6、Y为N2H4；不含氢键的分子晶体熔沸点与分子间作用力成正比，分子间作用力与相对分子质量成正比，二者都是分子晶体且不含氢键，乙烷相对分子质量小于肼，所以乙烷熔沸点低于肼，
故答案为：C2H6；N2H4；＜．

点评 本题考查物质结构和性质，为高频考点，涉及晶胞计算、熔沸点大小比较、原子杂化方式判断等知识点，难点是晶胞计算，易错点是苯分子中存在的化学键及（2）题晶胞中哪几个原子紧密相连的判断，题目难度中等．

练习册系列答案
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13．已知乙醇在加热的条件下可与HBr反应得到溴乙烷（CH3CH2Br），二者某些物理性质如表所示：
溶解性沸点密度（g/mL）
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某研究性学习小组的同学将乙醇、80%的硫酸、NaBr固体按一定比例混合后（总体积约为140mL）置于图1的反应容器B中后进行加热（两个装置中的加热、固定装置及沸石均省略）．
（1）①仪器A的名称是直形冷凝管
（2）两个水槽中的液体均是冰水，使用冰水的目的是降温，减少溴乙烷的挥发．
（3）HBr与乙醇反应生成目标产物的化学方程式HBr+CH3CH2OH$\stackrel{△}{→}$CH3CH2Br+H2O．
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a．四氯化碳　　　　　b．碳酸钠溶液　　　　 c．无水CaCl2　　　　　 d．浓硫酸
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