Question

5．已知A、B、C、D、E五种元素都是元素周期表中前四周期元素，原子序数依次增大，E的价电子排布式为3d¹⁰4s¹．A、B、C、D四种短周期元素在元素周期表中的相对位置如下表所示．

						A
B		C				D

根据以上信息，回答下列问题：
（1）基态C原子含有5种能量不同的电子，其简单离子的电子排布式为1s²2s²2p⁶．
（2）DA₂⁺离子的中心原子的杂化轨道类型是sp³，其立体构型为V形．
（3）A所在主族元素的氢化物中，沸点最低的是HCl（填化学式）；第一电离能比较：B＜C （填“＞”、“＜”、“=”）．
（4）E单质的晶体堆积方式为面心立方密堆积，空间利用率为74%；C与D形成的化合物中化学键类型为共价键．
（5）E的氧化物E₂O为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有16个E原子．若该晶体的密度为ρ g/cm³，则晶胞参数a=$\root{3}{\frac{1152}{ρ•{N}_{A}}}$cm （列出表达式即可）．

Answer 1

分析 A、B、C、D、E五种元素都是元素周期表中前四周期元素，原子序数依次增大，E的价电子排布式为3d¹⁰4s¹，则E为Cu；由A、B、C、D四种短周期元素在元素周期表中的相对位置，可知A为F元素、B为Na、C为Al、D为Cl．
（1）C为Al，原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p¹，失去3s、3p能级电子形成铝离子；
（2）计算ClF₂⁺离子的中Cl原子孤电子对数、价层电子对数，进而确定杂化轨道与空间构型；
（3）HF分子之间存在氢键，沸点最高，其它氢化物分子间为范德华力，相对分子质量越大，范德华力越强，沸点越高；
同周期随原子序数增大元素第一电离能呈增大趋势；
（4）E为Cu，单质的晶体堆积方式为面心立方密堆积，利用均摊法计算晶胞中Cu原子数目，设Cu原子半径为r，则晶胞棱长为4r×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=2$\sqrt{2}$r，空间利用率=$\frac{晶胞中原子总体积}{晶胞体积}$×100%；
C与D形成的化合物为AlCl₃，属于共价化合物；
（5）利用均摊法计算晶胞中O原子数目，结合化学式E₂O计算晶胞中Cu原子数目，再计算晶胞质量，结合m=ρV计算晶胞棱长．

解答 解：A、B、C、D、E五种元素都是元素周期表中前四周期元素，原子序数依次增大，E的价电子排布式为3d¹⁰4s¹，则E为Cu；由A、B、C、D四种短周期元素在元素周期表中的相对位置，可知A为F元素、B为Na、C为Al、D为Cl．
（1）C为Al，原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p¹，原子中有5种能量不同的电子，失去3s、3p能级电子形成铝离子，铝离子核外电子排布式为：1s²2s²2p⁶，
故答案为：5；1s²2s²2p⁶；
（2）ClF₂⁺离子的中Cl原子孤电子对数=$\frac{7-1-1×2}{2}$=2、价层电子对数=2+2=4，Cl原子采取sp³杂化轨，离子空间构型为V形，
故答案为：sp³；V形；
（3）HF分子之间存在氢键，沸点最高，其它氢化物分子间为范德华力，相对分子质量越大，范德华力越强，沸点越高，故HCl的沸点最低；
同周期随原子序数增大元素第一电离能呈增大趋势，故第一电离能Na＜Al，
故答案为：HCl；＜；
（4）E为Cu，单质的晶体堆积方式为面心立方密堆积，晶胞中Cu原子数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，设Cu原子半径为r，则晶胞中Cu原子总体积为4×$\frac{4}{3}$πr³，晶胞棱长为4r×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=2$\sqrt{2}$r，晶胞体积为（2$\sqrt{2}$r）³=16$\sqrt{2}$r³，空间利用率=$\frac{4×\frac{4}{3}π{r}^{3}}{16\sqrt{2}{r}^{3}}$×100%=74%，
C与D形成的化合物为AlCl₃，属于共价化合物，含有共价键，
故答案为：面心立方密堆积；74%；共价键；
（5）晶胞中O原子数目=4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，由化学式Cu₂O可知晶胞中Cu原子数目8×2=16，晶胞质量为8×$\frac{144}{{N}_{A}}$g，则：ρ g/cm³×（a cm）³=8×$\frac{144}{{N}_{A}}$g，解得a=$\root{3}{\frac{1152}{ρ•{N}_{A}}}$，
故答案为：16；$\root{3}{\frac{1152}{ρ•{N}_{A}}}$．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及元素周期表、核外电子排布、杂化方式与空间构型判断、氢键、晶胞结构与计算，是对学生综合能力的考查，（4）（5）为易错点，需要学生具备一定的空间想象与数学计算能力，难度中等．