Question

12．已知A、B、R、D都是周期表中前四周期的元素，它们的原子序数依次增大．其中A元素基态原子第一电离能比B元素基态原子的第一电离能大，B的基态原子的L层、R基态原子的M层均有2个单电子，D是第Ⅷ族中原子序数最小的元素．
（1）写出基态D原子的电子排布式[Ar]3d⁶4s²．
（2）已知高纯度R的单质在现代信息技术与新能源开发中具有极为重要的地位．工业 上生产高纯度R的单质过程如下：

写出③的反应方程式SiHCl₃+H₂ $\frac{\underline{\;1000℃-1100℃\;}}{\;}$ Si+3HCl，已知RHCl₃的沸点是31.5°C，则该物质的晶体类型是分子晶体，组成微粒的中心原子的轨道杂化类型为sp³，空间构型是四面体形．
（3）A的第一电离能比B的第一电离能大的原因是N原子的2p能级处于较稳定的半充满状态，A、B两元素分别与R形成的共价键中，极性较强的是Si-O．A、B两元素间能形成多种二元化合物，其中与A₃^-互为等电子体的物质的化学式为N₂O．
（4）已知D单质的晶胞如图所示，则晶体中D原子的配位数为8，一个D的晶胞质量为$\frac{112}{{N}_{A}}$g．

Answer 1

分析 B的基态原子的L层、R基态原子的M层均有2个单电子，则最外层电子数可能为4或6，B可能为C或O元素，R可能为Si或S元素，D是第Ⅷ族中原子序数最小的元素，应为Fe，A元素基态原子第一电离能比B元素基态原子的第一电离能大，且A的原子序数小于B，则A是N元素、B是O元素，高纯度R的单质在现代信息技术与新能源开发中具有极为重要的地位，则R是Si元素，
（1）D是Fe元素，其原子核外有26个电子，根据构造原理书写基态D原子的电子排布式；
（2）SiO₂和C在高温下发生置换反应生成粗Si，粗硅和HCl在300℃条件下反应生成SiHCl₃，SiHCl₃和过量氢气在1000℃-1100℃条件下反应生成纯硅，
③的反应为SiHCl₃和氢气的反应，生成Si和HCl，分子晶体熔沸点较低，该分子中Si原子价层电子对个数是4且不孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断Si原子的轨道杂化类型及空间构型；
（3）原子轨道中电子处于全满、全空或半满最稳定；N、O两元素分别与Si形成的共价键中，元素的非金属性越强，其形成的化合物中极性键的极性越强；等电子体中原子个数相等及价电子数相等；
（4）该晶胞是体心立方晶胞，该晶胞中Fe原子个数=1+8×$\frac{1}{8}$=2，其配合物是8，每个Fe原子的质量=$\frac{M}{{N}_{A}}$，则该晶胞质量就是两个Fe原子质量．

解答 解：B的基态原子的L层、R基态原子的M层均有2个单电子，则最外层电子数可能为4或6，B可能为C或O元素，R可能为Si或S元素，D是第Ⅷ族中原子序数最小的元素，应为Fe，A元素基态原子第一电离能比B元素基态原子的第一电离能大，且A的原子序数小于B，则A是N元素、B是O元素，高纯度R的单质在现代信息技术与新能源开发中具有极为重要的地位，则R是Si元素，
（1）D是Fe元素，其原子核外有26个电子，根据构造原理书写基态D原子的电子排布式为[Ar]3d⁶4s²，
故答案为：[Ar]3d⁶4s²；
（2）SiO₂和C在高温下发生置换反应生成粗Si，粗硅和HCl在300℃条件下反应生成SiHCl₃，SiHCl₃和过量氢气在1000℃-1100℃条件下反应生成纯硅，
③的反应为SiHCl₃和氢气的反应，生成Si和HCl，反应方程式为SiHCl₃+H₂ $\frac{\underline{\;1000℃-1100℃\;}}{\;}$ Si+3HCl；
分子晶体熔沸点较低，该物质熔沸点较低，为分子晶体，该分子中Si原子价层电子对个数是4且不孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断Si原子的轨道杂化类型及空间构型分别为sp³、四面体形，
故答案为：SiHCl₃+H₂ $\frac{\underline{\;1000℃-1100℃\;}}{\;}$ Si+3HCl；分子晶体；sp³；四面体形；
（3）原子轨道中电子处于全满、全空或半满最稳定，N原子的2p能级处于较稳定的半充满状态，所以N原子比O原子第一电离能大；N、O两元素分别与Si形成的共价键中，元素的非金属性越强，其形成的化合物中极性键的极性越强，因为O元素的非金属性大于N，则极性O-Si键＞N-Si键；等电子体中原子个数相等及价电子数相等，N₃^-中含有3个原子、价电子数是16，与该离子互为等电子体的氮氧化物为N₂O，
故答案为：N原子的2p能级处于较稳定的半充满状态；O-Si键；N₂O；
（4）该晶胞是体心立方晶胞，该晶胞中Fe原子个数=1+8×$\frac{1}{8}$=2，体心上的Fe原子被顶点上的8个原子包围，所以其配合物是8，每个Fe原子的质量=$\frac{M}{{N}_{A}}$g，则该晶胞质量就是两个Fe原子质量=2×$\frac{M}{{N}_{A}}$g=2×$\frac{56}{{N}_{A}}$g=$\frac{112}{{N}_{A}}$g，
故答案为：$\frac{112}{{N}_{A}}$g．

点评 本题考查物质结构和性质，为高频考点，涉及晶胞计算、等电子体判断、原子结构、微粒空间构型判断等知识点，侧重考查学生分析判断计算能力，注意（2）中SiHCl₃是四面体而不是正四面体结构，应为Si-H、Si-Cl不同导致的，为易错点．