Question

10．A、B、C、D、E都是元素周期表中的前20号元素，原子序数依次增大，B、C、D同周期，A、D原子中某p能级均排有5个电子，E和其他元素既不在同周期也不在同主族，B、C、D的最高价氧化物的水化物两两混合均能发生反应生成盐和水．
根据以上信息，回答下列问题．
（1）①A和D的氢化物中，沸点较高的是HF（填化学式），原因是HF分子之间存在氢键；
②A、B、D的电负性由大到小的顺序是F＞Cl＞Na（填元素符号）；
③A、B、C的简单离子中，半径最大的是F^-（填离子符号）；
④C和D形成的化合物属于分子晶体；
⑤D元素的所有含氧酸中，酸性最强的是高氯酸（填名称），氧化性最强的是H-O-Cl（填结构式）．
（2）写出B、C的最高价氧化物的水化物相互反应的离子方程式：OH^-+Al（OH）₃═AlO₂^-+2H₂O．
（3）A和E可组成离子化合物，其晶胞结构如图所示：
①阳离子（用“●”表示）位于大立方体的顶点或面心；阴离子（用“○”表示）均位于小立方体（1/8晶胞）的中心．该化合物的化学式是CaF₂，与一个“●”距离最近的“●”有12个；
②G元素的原子序数为A和E的原子序数之和，请写出G的核外电子排布式：[Ar]3d¹⁰4s¹；
③已知晶胞的边长为a cm，A和E组成的离子化合物的密度为 ρ g/cm³，求N_A的表达式．

Answer 1

分析 A、B、C、D、E都是元素周期表中的前20号元素，原子序数依次增大，A、D原子中某p能级均排有5个电子，外围电子排布为ns²np⁵，可推知A为F元素、D为Cl元素，B、C、D同周期，处于第三周期，B、C、D的最高价氧化物的水化物两两混合均能发生反应生成盐和水，应是氢氧化铝、强碱、强酸反应，可推知B为Na、C为Al；E和其他元素既不在同周期也不在同主族，只能处于第四周期ⅡA族，则E为Ca．
（1）①HF分子之间存在氢键，其沸点高于HCl的；
②同主族自上而下电负性减小，非金属性越强电负性越大；
③离子电子层结构相同，核电荷数越大离子半径越小，离子电子层越多离子半径越多；
④C和D形成的化合物为AlCl₃，属于分子晶体；
⑤Cl元素的所有含氧酸中，氯元素化合价越高，酸性越强，化合价越低，氧化性越强；
（2）B、C的最高价氧化物的水化物分别为NaOH、Al（OH）₃，二者反应生成偏铝酸钠与水；
（3）①利用均摊法计算钙离子、氟离子数目，确定化学式；
以顶点“●”研究，与之距离最近的“●”位于面心上，每个顶点为8个晶胞共用，每个面心为2个晶胞共用；
②G元素的原子序数为A和E的原子序数之和，则G原子核外电子数为9+20=29，根据能量最低原理书写原子核外电子排布式；
③结合晶胞含有原子数目，用阿伏伽德罗常数表示出晶胞质量，再根据m=ρV计算．

解答 解：A、B、C、D、E都是元素周期表中的前20号元素，原子序数依次增大，A、D原子中某p能级均排有5个电子，外围电子排布为ns²np⁵，可推知A为F元素、D为Cl元素，B、C、D同周期，处于第三周期，B、C、D的最高价氧化物的水化物两两混合均能发生反应生成盐和水，应是氢氧化铝、强碱、强酸反应，可推知B为Na、C为Al；E和其他元素既不在同周期也不在同主族，只能处于第四周期ⅡA族，则E为Ca．
（1）①HF分子之间存在氢键，其沸点高于HCl的，故答案为：HF；HF分子之间存在氢键；
②同主族自上而下电负性减小，非金属性越强电负性越大，故电负性F＞Cl＞Na，故答案为：F＞Cl＞Na；
③F^-、Na⁺、Al³⁺离子电子层结构相同，核电荷数越大离子半径越小，故离子半径F^-＞Na⁺＞Al³⁺，故答案为：F^-；
④C和D形成的化合物为AlCl₃，属于分子晶体，故答案为：分子；
⑤Cl元素的所有含氧酸中，氯元素化合价越高，酸性越强，化合价越低，氧化性越强，故酸性最强的是高氯酸，氧化性最强的是次氯酸，结构简式为H-O-Cl，
故答案为：高氯酸；H-O-Cl；
（2）B、C的最高价氧化物的水化物分别为NaOH、Al（OH）₃，二者反应生成偏铝酸钠与水，反应离子方程式为：OH^-+Al（OH）₃═AlO₂^-+2H₂O，
故答案为：OH^-+Al（OH）₃═AlO₂^-+2H₂O；
（3）①该晶胞中阴离子（F^-）数目为8、阳离子（Ca²⁺）数目=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，该化合物的化学式是 CaF₂，
以顶点“●”研究，与之距离最近的“●”位于面心上，每个顶点为8个晶胞共用，每个面心为2个晶胞共用，故与一个“●”距离最近的“●”有$\frac{3×8}{2}$=12个，
故答案为：CaF₂；12；
②G元素的原子序数为A和E的原子序数之和，则G原子核外电子数为9+20=29，原子核外电子排布式为：[Ar]3d¹⁰4s¹，
故答案为：[Ar]3d¹⁰4s¹；
③晶胞的质量=4×$\frac{（40+19×2）g/mol}{{N}_{A}}$，晶胞的边长为a cm，密度为 ρ g/cm³，则4×$\frac{（40+19×2）g/mol}{{N}_{A}}$=（a cm）³×ρ g/cm³，则N_A=$\frac{312}{ρ{a}^{3}}$mol^-1，
故答案为：$\frac{312}{ρ{a}^{3}}$mol^-1．

点评 本题是对物质结构的考查，涉及分子结构与性质、元素周期律、晶胞结构与计算等，理解掌握均摊法进行晶胞的有关计算．