Question

2．已知A、B、C、D、E、F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、C原子的L层有2个未成对电子．D与E同主族，D的二价阳离子与C的阴离子具有相同的电子层结构．F³⁺离子M层3d轨道电子为半满状态．请根据以上情况，回答下列问题：（答题时，用所对应的元素符号表示）
（1）写出F原子的外围电子排布式3d⁶4s²．

元    素		M	F
电离能 （kJ•mol-1）	I1	717	759
	I2	1509	1561
	I3	3248	2957

（2）与A₂^2-互为等电子体的单质是N₂，A₂^2-中成键原子的杂化类型是sp
（3）F和M（质子数为25）两元素的部分电离能数据列于右表：比较两元素的I₂、I₃可知，气态M²⁺再失去一个电子比气态F²⁺再失去一个电子难．对此，你的解释是：Mn²⁺的3d轨道电子排布为半满状态较稳定．
（4）H₂S和C元素的氢化物（分子式为H₂C₂）的主要物理性质比较如下：

	熔点/K	沸点/K	标准状况时在水中的溶解度
H2S	187	202	2.6
H2C2	272	423	以任意比互溶

H₂S和H₂C₂的相对分子质量基本相同，造成上述物理性质差异的主要原因：H₂O₂分子间存在氢键，与水分子可形成氢键；
（5）如图a、b分别为M、F晶体的堆积模型，假设M的原子半径分别为Ranm，它的空间利用率：（不用化简）M$\frac{π}{3\sqrt{2}}$．

Answer 1

分析 A、B、C、D、E、F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、C原子的L层有2个未成对电子，且A原子序数小于C，则A是C、C是O元素，B介于A和C元素之间，为N元素；
D与E同主族，D的二价阳离子与C的阴离子具有相同的电子层结构，则D为Mg元素；E为Ca元素，
F³⁺离子M层3d轨道电子为半满状态，F原子核外电子数为26，为Fe元素；
（1）Fe原子核外3d、4s能级电子为其价电子，根据构造原理书写Fe原子价电子排布式；
（2）原子个数相等、电子数相等的微粒互为等电子体；C₂^2-中成键原子价层电子对个数是2，根据价层电子对互斥理论判断C原子杂化方式；
（3）F是Fe元素、M是Mn元素，原子轨道电子数处于全满、全空、半满时最稳定；
（4）含有氢键的氢化物熔沸点较高、溶解性较大；
（5）b中M原子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，原子所占体积=4×$\frac{4}{3}$πRa³（nm）³，晶胞中面上3个原子共直线，则棱长=2$\sqrt{2}$Ranm，晶胞体积=（2$\sqrt{2}$Ra）³（nm）³．

解答 解：A、B、C、D、E、F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、C原子的L层有2个未成对电子，且A原子序数小于C，则A是C、C是O元素，B介于A和C元素之间，为N元素；
D与E同主族，D的二价阳离子与C的阴离子具有相同的电子层结构，则D为Mg元素；E为Ca元素，
F³⁺离子M层3d轨道电子为半满状态，F原子核外电子数为26，为Fe元素；
（1）Fe原子核外3d、4s能级电子为其价电子，根据构造原理书写Fe原子价电子排布式为3d⁶4s²，
故答案为：3d⁶4s²；
（2）原子个数相等、电子数相等的微粒互为等电子体，则与A₂^2-互为等电子体的单质是N₂；C₂^2-中成键原子价层电子对个数是2，根据价层电子对互斥理论判断C原子杂化方式为sp，
故答案为：N₂；sp；
（3）F是Fe元素、M是Mn元素，原子轨道电子数处于全满、全空、半满时最稳定，Mn²⁺的3d轨道电子排布为半满状态较稳定，所以气态Mn²⁺再失去一个电子比气态Fe²⁺再失去一个电子难，
故答案为：Mn²⁺的3d轨道电子排布为半满状态较稳定；
（4）含有氢键的氢化物熔沸点较高、溶解性较大，H₂O₂分子间存在氢键，与水分子可形成氢键，所以双氧水的熔沸点和溶解性大于硫化氢，
故答案为：H₂O₂分子间存在氢键，与水分子可形成氢键；
（5）b中M原子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，原子所占体积=4×$\frac{4}{3}$π（Ra）³（nm）³，晶胞中面上3个原子共直线，则棱长=2$\sqrt{2}$Ranm，晶胞体积=（2$\sqrt{2}$Ra）³（nm）³，其空间利用率=$\frac{4×\frac{4}{3}π（Ra）^{3}（nm）^{3}}{（2\sqrt{2}Ra）^{3}（nm）^{3}}$=$\frac{π}{3\sqrt{2}}$，
故答案为：$\frac{π}{3\sqrt{2}}$．

点评 本题考查物质结构和性质，涉及晶胞计算、氢键、等电子体、原子杂化方式判断等知识点，侧重考查学生分析、判断及计算能力，难点是晶胞计算，注意（5）中每个面上对角线的3个原子紧邻，题目难度中等．