题目内容

14．元素周期表的排列和分区与元素基态原子核外电子的排布息息相关，请据此回答下列问题：
（1）根据原子结构和元素周期表的关系，第七周期0族的原子序数为8．
（2）X和Y均为第2周期p区元素，其原子的第一电离能数值按从大到小的顺序在同周期元素中处于第三位和第七位．
①晶体Y的结构单元是由Y原子组成的正二十面体（如图所示），其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个顶点各有一个Y原子，故此基本结构单元是由12个Y原子构成，共含有30个Y-Y键．
②若将一个正二十面体中的每一个顶点削去，可获得只由正六边形和正五边形构成的多面体．若多面体的每一个顶点均为碳原子，可得到一个C60分子的结构模型．则1molC60分子中含有a键的数目为90NA，C60晶体采取面心立方最密堆积，故其配位数为12．
③X和Y可形成多种类型的结构．下列说法正确的是ab．
a、六方“类石墨”YX晶体可做高温润滑剂
b、立方“类金刚石”YX晶体是超硬材料，有优异的耐磨性
c、立方“类金刚石”YX晶体中，Y原子的杂化轨道类型为sp2
（3）Z为第4周期d区元素，最高价为+7价，M和Z是同周期的元素，具有相同的最高化合价．
①写出Z的基态原子价层电子排布式3d54s2．
②酸性强弱：HMO＜HMO2，原因是HMO2中非羟基氧原子数目比HMO的多．
③Z元素可参与形成准晶体．准晶体是一种无平移周期序，但有严格准周期位置序的独特晶体，可通过X-射线衍射实验区分晶体、准晶体和非晶体．
④晶体Z可形成体心立方晶胞，若晶胞中距离最近的Z原子核间距离为apm，则Z晶体的密度为$\frac{165\sqrt{3}×1{0}^{30}}{4{a}^{3}{N}_{A}}$g•cm-3．

分析 （1）根据各周期容纳元素种数计算；
（2）同周期中稀有气体第一电离能最大，其它元素随原子序数最大元素第一电离能呈增大趋势，但ⅡA族、ⅤA族最高能级分别为全满、半满稳定状态，第一电离能高于同周期相邻元素的，故第二周期中第一电离能顺序为：Ne＞F＞N＞O＞C＞Be＞B＞Li，X和Y均为第2周期p区元素，其原子的第一电离能数值按从大到小的顺序在同周期元素中处于第三位和第七位，则X为N元素、Y为B元素；
①每个三角形含有3个Y原子，每个Y原子为5个三角形共用，每个三角形含有3个Y-Y键，而每个Y-Y键为2个三角形共用，利用均摊法计算；
②若将一个正二十面体中的每一个顶点削去，可获得只由正六边形和正五边形构成的多面体．若多面体的每一个顶点均为碳原子，则每个碳原子形成3个碳碳σ键，每个碳碳σ键为1个碳原子提供$\frac{1}{2}$，利用均摊法计算1molC60分子中含有σ键的数目；
C60晶体采取面心立方最密堆积，以顶点C60研究，与之相邻的C60处于面心，每个顶点为8个晶胞共用，而每个面为2个晶胞共用；
③a．六方“类石墨”YX晶体，层间为分子间作用力，作用力小；
b．立方“类金刚石”YX晶体，为空间网状结构，属于原子晶体；
c．立方“类金刚石”BN晶体中，B原子形成4个B-N键（含有1个配位键），杂化轨道数目为4；
（3）Z为第4周期d区元素，最高价为+7价，则Z为Mn元素，M和Z是同周期的元素，具有相同的最高化合价，则M为Br；
①Z处于的第四周期第ⅦB族；
②非羟基氧数目越多，酸性越强；
③通过X-射线衍射实验区分晶体、准晶体和非晶体．
④晶体Z可形成体心立方晶胞，体对角线上3个Z原子相邻，若晶胞中距离最近的Z原子核间距离为apm，则体对角线长度为2a pm，故晶胞棱长为$\frac{2a}{\sqrt{3}}$pm，根据均摊法计算晶胞中Z原子数目，表示出晶胞质量，再根据ρ=$\frac{m}{V}$计算Z晶体的密度．

解答 解：（1）He的原子序数为2，根据各周期容纳元素种数，可知第七周期0族的原子序数为2+8+8+18+18+32+32=118，
故答案为：118；
（2）同周期中稀有气体第一电离能最大，其它元素随原子序数最大元素第一电离能呈增大趋势，但ⅡA族、ⅤA族最高能级分别为全满、半满稳定状态，第一电离能高于同周期相邻元素的，故第二周期中第一电离能顺序为：Ne＞F＞N＞O＞C＞Be＞B＞Li，X和Y均为第2周期p区元素，其原子的第一电离能数值按从大到小的顺序在同周期元素中处于第三位和第七位，则X为N元素、Y为B元素，．
①每个三角形含有3个Y原子，每个Y原子为5个三角形共用，则含有Y原子数目为$\frac{20×3}{5}$=12，
每个三角形含有3个Y-Y键，而每个Y-Y键为2个三角形共用，含有Y-Y键数目为$\frac{20×3}{2}$=30，
故答案为：12；30；
②若将一个正二十面体中的每一个顶点削去，可获得只由正六边形和正五边形构成的多面体．若多面体的每一个顶点均为碳原子，每个碳原子为1个五边形、2个六边形共用，则每个碳原子形成3个碳碳σ键，每个碳碳σ键为1个碳原子提供$\frac{1}{2}$，故1molC60分子中含有σ键为$\frac{60×3}{2}$mol=90mol，即含有90NA 个σ键，
故C60晶体采取面心立方最密堆积，以顶点C60研究，与之相邻的C60处于面心，每个顶点为8个晶胞共用，而每个面为2个晶胞共用，则其配位数为$\frac{3×8}{2}$=12，
故答案为：90NA；12；
③a．六方“类石墨”YX晶体，层间为分子间作用力，作用力小，质地软，可做高温润滑剂，故a正确；
b．立方“类金刚石”YX晶体，为空间网状结构，属于原子晶体，超硬材料，有优异的耐磨性，故b正确；
c．立方“类金刚石”BN晶体中，B原子形成4个B-N键（含有1个配位键），杂化轨道数目为4，B原子采取sp3杂化，故c错误，
故答案为：ab；
（3）Z为第4周期d区元素，最高价为+7价，则Z为Mn元素，M和Z是同周期的元素，具有相同的最高化合价，则M为Br；
①Z处于的第四周期第ⅦB族，价电子排布式为3d54s2，故答案为：3d54s2；
②HMO2中非羟基氧原子数目比HMO的多，故酸性HMO＜HMO2，故答案为：＜；HMO2中非羟基氧原子数目比HMO的多；
③通过X-射线衍射实验区分晶体、准晶体和非晶体，故答案为：X-射线衍射实验；
④晶体Z可形成体心立方晶胞，体对角线上3个Z原子相邻，若晶胞中距离最近的Z原子核间距离为a pm，则体对角线长度为2a pm，故晶胞棱长为$\frac{2a}{\sqrt{3}}$pm，晶胞中Mn原子数目为8×$\frac{1}{8}$+1=2，则晶胞质量为2×$\frac{55}{{N}_{A}}$g，故晶体的密度为2×$\frac{55}{{N}_{A}}$g÷（$\frac{2a}{\sqrt{3}}$×10-10 cm）3=$\frac{165\sqrt{3}×1{0}^{30}}{4{a}^{3}{N}_{A}}$g•cm-3，
故答案为：$\frac{165\sqrt{3}×1{0}^{30}}{4{a}^{3}{N}_{A}}$．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及元素周期表、电离能、核外电子排布、杂化方式、晶体类型与性质、晶胞计算等，侧重晶胞计算的考查，需要学生具备一定的空间想象与数学计算能力，难度较大，属于易错题目．

练习册系列答案
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7．下列属于同素异形体的一组是（　　）
A．${\;}_{1}^{1}$H和${\;}_{1}^{3}$HB．丁烷和异丁烷C．O2和O3D．H2O和H2O2
8．由原子序数依次增大的五种短周期元素A、B、C、D、E，已知A、E同主族，A元素的原子半径最小，B元素原子的最外层电子数是内层电子数的2倍，C元素最高价氧化物的水化物与其氢化物反应生成一种盐；A、B、C、E四种元素分别都能与D元素形成原子个数比不相同的多种常见化合物，回答下列问题：
（1）B在周期表中的位置是第二周期IVA族，C元素的单质的电子式．
（2）由A、B、C、D四种元素组成的一种离子化合物X，已知1molX能与足量NaOH浓溶液发生反应生成标准状况下4.48L气体．则X的化学式为（NH4）2CO3．
（3）E与D形成的一种化合物与BD2发生氧化还原反应，该反应的化学方程式为2Na2O2+2CO2=2Na2O3+O2．
（4）用A和D两元素组成的单质可以制成一种燃料电池，电池中装有浓KOH溶液．用多孔的惰性电极浸入浓KOH溶液中，两极均有特制的防止气体透过的隔膜，在一极通入A的单质，另一极通入D的单质．则该电池正极的电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-．
（5）化合物C2A4和C2D4的液体曾被用作火箭推进剂，燃烧反应的生成物是一种气态单质和一种化合物，它们对环境无污染．已知1mol C2A4和C2D4完全反应生成两种气体时放出热量516.8KJ，则该反应的热化学方程式为2N2H4（g）+N2O4（g）═3N2（g）+4H2O（g）△H=-1033.6 kJ•mol-1．
2．某实验小组同学采用下列装置模拟硫酸工业的接触室，制备SO3并测定实验条件下SO2的转化率．

（1）实验过程中，当V2O5表面红热后，应将酒精灯移开一段时间后再继续加热，其原因是该反应放热，如果持续加热则温度过高会影响催化剂的活性，影响反应速率；温度过高会使平衡向逆反应方向移动不利于SO3的生成．
（2）结束实验时应先停止通入SO2，并继续通入一段时间O2．
（3）为了除去SO2气体中混有的少量SO3，还可以让混合气体通过饱和亚硫酸氢钠溶液（除了图示方法）．为了检验SO2气体中是否混有少量SO3，可以让混合气体通过氯化钡溶液；若有白色沉淀现象出现，说明SO2气体中混有SO3．
（4）为了测定该条件下SO2的转化率，若B中U型管内收集到的物质的质量为m g，还需要测定的实验数据是C瓶溶液增重的质量C瓶溶液增重的质量．实际测得SO2的转化率比理论值小，其主要原因有A、D．
A、装置C中亚硫酸盐被氧化              B、SO2通入速度太快，未被充分吸收
C、有SO2残留在A、B装置中             D、SO3挥发，被装置C吸收．
9．硫酸工业生产应考虑综合经济效益问题，根据下面工业生产硫酸的工艺流程图回答有关问题：
（1）硫酸厂沸腾炉排出的矿渣中含有Fe2O3、CuO、CuSO4（由CuO与SO2在沸腾炉中化合而成），CuFeS2是黄铁矿的另一成分，写出煅烧CuFeS2的化学方程式为4CuFeS2+13O2$\frac{\underline{\;煅烧\;}}{\;}$ 4CuO+2Fe2O3+8SO2．
（2）流程图中设备A是接触室（填设备名称），其中该设备上部迅婚使用的气体为SO2和O2．
（3）吸收塔采用98.3%浓硫酸吸收SO2的原因是可以防止形成酸雾，使三氧化硫吸收完全．
（4）根据工艺流程图及环保角度判断下列说法正确的是ABDE（填序号）
A．为使黄铁矿充分燃烧，需将其粉碎
B．沸腾炉中排出的炉渣可供炼铁
C．使用催化剂可提高SO2的反应速率和转化率
D．尾气中SO2可用NaOH浓溶液来吸收
E．硫酸厂的厂址宜选在消耗硫酸甚多的工业城市的郊区
（5）沸腾炉排出的炉渣中的硫酸铜的质量分数随沸腾炉温度不同而变化（见下表）
沸腾炉温度/℃600620640660
炉渣中CuSO4的质量分数/%9.39.29.08.4
请用平衡移动原理解释上表中CuSO4的质量分数随温度升高而降低的原因SO2转化为SO3是正反应放热的可逆反应，随温度升高，平衡左移，SO3物质的量减少，所以CuSO4的量减少（或温度升高，SO3物质的量减少，故CuSO4的量减少）．
（6）某硫酸厂为测定设备A中所得气体中SO2的体积分数，取280mL（已折算成标准状况）气体样品与足量Fe（SO4）3溶液完全反应后（不考虑氧气的影响），用浓度为0.02mol/L的K2Cr2O7标准溶液滴定至中点，消耗K2Cr2O7溶液25.00mL，则接触室所得气体中SO2的体积分数为12.00%．
19．电解NO制备NH4NO3的工作原理如图所示，为使电解产物全部转化为NH4NO3，通入物质X．下列说法不正确的是（　　）
A．a极接电源的负极
B．阳极反应为：NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+
C．阴极反应为：NO+5e-+6H+=NH4++H2O
D．X为NH3最终制得3molNH4NO3理论上需补充2molX物质
6．H、C、N、O、Na、Fe、Cu是常见的七种元素，请回答下列问题：
（1）N、O、Na原子第一电离能由小到大的顺序是Na＜O＜N（用元素符号和“＜”表示）；Cu原子的特征电子轨道式为．
（2）N、Na+、Fe3+、Cu2+四种微粒基态的核外电子排布式中未成对电子数最多的是Fe3+；Cu2+在水中呈现蓝色是因为形成了水合铜离子，其化学式为[Cu（H2O）4]2+，水分子与铜离子间结合的化学键名称为配位键．
（3）根据价层电子对互斥理论判断下列分子或离子中空间构型是V形的是②④（填序号）：①H3O+、②H2O、③NO2+、④NO2-．
（4）分子（CN）2中键与键之间的夹角为180°，并有对称性，分子中每个原子最外层均满足8电子稳定结构，其结构式为N≡C-C≡N，1个分子中含有4个π键；
（CN）2称为“拟卤素”，具有类似Cl2的化学性质，则（CN）2与NaOH水溶液反应的化学方程式为（CN）2+2NaOH=NaCN+NaCNO+H2O．
（5）O和Na形成的一种只含有离子键的离子化合物，其晶胞结构如图，该离子化合物的化学式为Na2O；已知该晶胞的密度为ρg/cm3，阿伏加德罗常数为NA，求晶胞边长a=$\root{3}{\frac{248}{ρ{N}_{A}}}$cm．（用含ρ、NA的代数式表示）．
3．A、B、C、D、E、F是短周期元素，周期表中A与B、B与C相邻；C与E同主族；A与C最外层电子数之比为2：3，B的最外层电子数比C的最外层电子数少1个；F元素的原子在周期表中半径最小；常见化合物D2C2与水反应生成C单质，且溶液使酚酞溶液变红．
（1）D的最高价氧化物的水化物的电子式：．
（2）A、B、C的氢化物稳定性由小到大顺序为（用分子式表示）CH4＜NH3＜H2O；B的氢化物和B的最高价氧化物的水化物反应生成Z，其中Z的化学键类型为离子键、共价键．
（3）用电子式表示AC2的形成过程：
（4）F2C和F2E中，沸点较高的是H2O （填化学式），其主要原因是H2O分子之间形成氢键．
（5）E的离子结构示意图：．
4．已知W、X、Y、Z是短周期元素，aW3+、bX+、cY2-、dZ-四种离子具有相同的电子层结构，下列关系正确的是（　　）
A．最外层电子数：Y＞Z
B．核电荷数：a＞b
C．稳定性：H2Y＞HZ
D．X单质一定能从W的盐溶液中置换出W单质

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