Question

3．已知A、B、C、D、E五种元素是周期表中前四周期元素，且原子序数依次增大．其中A、B、C为同周期的非金属元素，且B、C原子中均有两个未成对电子．D、E为同周期元素且分别位于s区和d区．五种元素所有的s能级电子均为全充满．E的d能级电子数等于A、B、C最高能层的p能级电子数之和．回答下列问题：
（1）五种元素中，电负性最大的是O（填元素符号）．
（2）E常有+2，+3两种价态，画出E²⁺离子的价电子排布图．
（3）自然界中，含A的钠盐是一种天然矿藏，其化学式写作Na₂A₄O₇•10H₂O，实际上它的结构单元是由两个H₃AO₃和两个[A（OH）₄]^-缩合而成的双六元环，应该写成Na₂[A₄O₅（OH）₄]•8H₂O，其结构式如图1，它的阴离子可形成链状结构．
①A原子的杂化轨道类型为sp²、sp³．
②该阴离子由极性键和配位键构成，请在图1中用“→”标出其中的配位键．该阴离子通过氢键相互结合形成链状结构．
③已知H₃AO₃为一元弱酸，根据上述信息，用离子方程式解释分析H₃AO₃为一元酸的原因（用元素符号表示）H₃BO₃+H₂O?[B（OH）₄]^-+H⁺．
（4）E²⁺离子在水溶液中以[E（H₂O）₆]²⁺形式存在，向含E²⁺离子的溶液中加入氨水，可生成更稳定的[E（NH₃）₆]²⁺离子，其原因是N元素电负性更小，更易给出孤对电子形成配位键．[E（NH₃）₆]²⁺的立体构型为正八面体．
（5）由元素B、D组成的某离子化合物的晶胞结构如图2，写出该物质的电子式，若晶胞的长宽高分别为520pm、520pm和690pm，该晶体密度为2.28g/cm³（保留到小数点后两位）．

Answer 1

分析 A、B、C、D、E五种元素是周期表中前四周期元素，且原子序数依次增大．其中A、B、C为同周期的非金属元素，三元素处于短周期，且B、C原子中均有两个未成对电子，二者外围电子数排布分别为ns²2p²、ns²2p⁴，结合A为非金属元素，可知A为硼元素、B为碳元素、C为O元素；D、E为同周期元素且分别位于s区和d区，则二者处于第四周期，五种元素所有的s能级电子均为全充满，则D为Ca；E的d能级电子数等于A、B、C最高能层的p能级电子数之和，则E的d能级电子数为1+2+4=7，即E的外围电子排布为3d⁷4s²，故E为Fe．
（1）非金属性越强电负性越大，同周期自左而右电负性增大；
（2）E为Fe，Fe²⁺离子的价电子排布式为3d⁶，根据泡利原理、洪特规则画出价电子排布图；，
（3）①A为B原子，结构中B原子形成3个单键、4个单键（含有1个配位键），B原子核外最外层的3个电子全部参与成键；
②形成4个键的B原子中含有1个配位键，氢氧根离子中氧原子与B原子之间形成配位键；该阴离子通过氢键相互结合形成链状结构；
③H₃AO₃为一元弱酸，与水形成配位键，电离出[A（OH）₄]^-与氢离子；
（4）N元素电负性更小，更易给出孤对电子形成配位键，[Fe（NH₃）₆]²⁺的立体构型为正八面体，
（5）由元素C、Ca组成的某离子化合物为CaC₂，属于离子化合物，C₂^2-离子中碳原子之间形成3对共用电子对；
晶胞中钙离子、C₂^2-数目相等，根据均摊法计算晶胞中钙离子、C₂^2-数目数目，再计算晶胞质量，根据ρ=$\frac{m}{V}$计算晶胞密度．

解答 解：A、B、C、D、E五种元素是周期表中前四周期元素，且原子序数依次增大．其中A、B、C为同周期的非金属元素，三元素处于短周期，且B、C原子中均有两个未成对电子，二者外围电子数排布分别为ns²2p²、ns²2p⁴，结合A为非金属元素，可知A为硼元素、B为碳元素、C为O元素；D、E为同周期元素且分别位于s区和d区，则二者处于第四周期，五种元素所有的s能级电子均为全充满，则D为Ca；E的d能级电子数等于A、B、C最高能层的p能级电子数之和，则E的d能级电子数为1+2+4=7，即E的外围电子排布为3d⁷4s²，故E为Co．
（1）非金属性越强电负性越大，同周期自左而右电负性增大，五种元素中，O元素电负性最大，
故答案为：O；
（2）E为Co，Co²⁺离子的价电子排布图，
故答案为：；
（3）①A为B原子，结构中B原子形成3个单键、4个单键（含有1个配位键），B原子核外最外层的3个电子全部参与成键，杂化杂化轨道类型为sp²、sp³，
故答案为：sp²、sp³；
 ②形成4个键的B原子中含有1个配位键，氢氧根离子中氧原子与B原子之间形成配位键，图1中用“→”标出其中的配位键为：，该阴离子通过氢键相互结合形成链状结构，
故答案为：；氢键；
③H₃AO₃为一元弱酸，与水形成配位键，电离出[A（OH）₄]^-与氢离子，用离子方程式解释分析H₃BO₃为一元酸的原因：H₃BO₃+H₂O?[B（OH）₄]^-+H⁺，
故答案为：H₃BO₃+H₂O?[B（OH）₄]^-+H⁺；
（4）Fe²⁺离子在水溶液中以[Fe（H₂O）₆]²⁺形式存在，向含Fe²⁺离子的溶液中加入氨水，可生成更稳定的[Fe（NH₃）₆]²⁺离子，其原因是：N元素电负性更小，更易给出孤对电子形成配位键，[Fe（NH₃）₆]²⁺的立体构型为正八面体，
故答案为：N元素电负性更小，更易给出孤对电子形成配位键；正八面体；
（5）由元素C、Ca组成的某离子化合物为CaC₂，该物质的电子式为，
晶胞中钙离子、C₂^2-数目相等，C₂^2-数目数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，则晶胞质量为4×$\frac{64}{6.02×1{0}^{23}}$g，若晶胞的长宽高分别为520pm、520pm和690pm，该晶体密度为4×$\frac{64}{6.02×1{0}^{23}}$g÷（520×10^-10cm×520×10^-10cm×690×10^-10cm）=2.28g/cm³，
故答案为：；2.28．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、电负性、杂化方式、微粒结构、配位键、晶胞计算等，推断元素是解题关键，侧重考查学生分析推理能力、知识迁移运用能力，需要学生具备扎实的基础．