Question

18．已知 A、B、C、D是原子序数依次增大的四种短周期主族元素，A的周期数等于其主族序数，B原子的价电子排布为nsⁿnpⁿ，D是地壳中含量最多的元素．E是第四周期的p区元素且最外层只有2对成对电子，F元素的基态原子第四能层只有一个电子，其它能层均已充满电子．
（1）基态E原子的价电子排布图．
（2）B、C、D三元素第一电离能由大到小的顺序为（用元素符号表示）N＞O＞C．
（3）BD₃^2-中心原子杂化轨道的类型为sp²杂化；CA₄⁺的空间构型为正四面体（用文字描述）．
（4）1mol BC^-中含有π键的数目为2N_A．
（5）D、E元素最简单氢化物的稳定性H₂O＞H₂Se（填化学式），理由是H₂O中共价键的键能高于H₂Se．
（6）C、F两元素形成的某化合物的晶胞结构如图所示，顶点为C原子，则该化合物的化学式是Cu₃N，C原子的配位数是6．若相邻C原子和F原子间的距离为anm，阿伏伽德罗常数为N_A，则该晶体的密度为$\frac{103}{4{a}^{3}×1{0}^{-21}×{N}_{A}}$g/cm³（用含a、N_A的符号表示）．

Answer 1

分析 A的周期数等于其主族序数，则A为H元素，B原子的价电子排布为nsⁿnpⁿ，n=2，则B为C元素，D是地壳中含量最多的元素，则D为O元素，C的原子序数介于碳、氧之间，则C为N元素，E是第四周期的p区元素且最外层只有2对成对电子，外围电子排布为4s²4p⁴，则E为Se元素，F元素原子序数为29，则F为Cu，据此解答．
（1）E的外围电子排布为4s²4p⁴，结合泡利原理、洪特规则画出价电子排布图；
（2）同周期元素从左到由元素的第一电离能呈增大增大，N原子2p亚层属于半充满的稳定结构，难失去一个电子，第一电离能大于元素的；
（3）CO₃^2-中心原子形成3个σ键，孤电子对数为$\frac{6-2×3}{2}$=0，杂化轨道数目为3，NH₄⁺中心原子形成4个σ键，空间构型为正四面体；
（4）CN^-与N₂为等电子体，含有C≡N键，三键含有1个σ键、2个π键；
（5）元素的非金属性越强，键能越大，对应的氢化物越稳定；
（6）由晶胞结构可知，N原子位于顶点，Cu位于棱上，利用均摊法计算晶胞中N、Cu原子数目，进而确定化学式；晶胞中位于顶点和棱心的位置最近，则N原子的配位数是6，
若相邻C原子和F原子间的距离为a nm，则边长为2a nm，表示出晶胞质量，根据ρ=$\frac{m}{V}$计算．

解答 解：A的周期数等于其主族序数，则A为H元素，B原子的价电子排布为nsⁿnpⁿ，n=2，则B为C元素，D是地壳中含量最多的元素，则D为O元素，C的原子序数介于碳、氧之间，则C为N元素，E是第四周期的p区元素且最外层只有2对成对电子，外围电子排布为4s²4p⁴，则E为Se元素，F元素原子序数为29，则F为Cu．
（1）E是第四周期的p区元素且最外层只有2对成对电子，外围电子排布为4s²4p⁴，价电子排布图为，故答案为：；
（2）同周期元素从左到由元素的第一电离能呈增大增大，由于O原子核外价电子排布式2s²2p⁴，N原子核外价电子排布式2s²2p³，2p亚层属于半充满的稳定结构，难失去一个电子，第一电离能大于元素，则顺序为N＞O＞C，故答案为：N＞O＞C；
（3）CO₃^2-中心原子形成3个σ键，孤电子对数为$\frac{6-2×3}{2}$=0，杂化轨道的类型为sp²，NH₄⁺中心原子形成4个σ键，空间构型为正四面体，
故答案为：sp²；正四面体；
（4）CN^-与N₂为等电子体，含有C≡N键，则1mol BC^-中含有π键的数目为2N_A，故答案为：2；
（5）非金属性O＞S，元素的非金属性越强，键能越大，对应的氢化物越稳定，则H₂O＞H₂Se，
故答案为：H₂O；H₂Se；H₂O中共价键的键能高于H₂Se；
（6）由晶胞结构可知，N原子位于顶点，晶胞中N个数为8×$\frac{1}{8}$=1，Cu位于棱上，晶胞中Cu原子个数为12×$\frac{1}{4}$=3，则化学式为Cu₃N，晶胞中位于顶点和棱心的位置最近，则N原子的配位数是6，
若相邻C原子和F原子间的距离为a nm，则边长为2a nm，晶胞的体积为（2a×10^-7 cm）a³，晶胞的质量为$\frac{206}{{N}_{A}}$g，则密度为$\frac{206}{{N}_{A}}$g÷（2a×10^-7 cm）a³=$\frac{103}{4{a}^{3}×1{0}^{-21}×{N}_{A}}$g/cm³，
故答案为：Cu₃N； 6；$\frac{103}{4{a}^{3}×1{0}^{-21}×{N}_{A}}$g．

点评 本题考查物质的结构与性质，涉及核外电子排布、电离能、杂化方式、空间构型、化学键、元素周期律应用、晶胞计算等，难度中等，注意掌握利用均摊法进行晶胞的有关计算．