Question

4．A、B、C、D、E是前四周期的核电荷数依次增大元素，A原子核外s轨道电子数是p轨道电子数的2倍，C、D同一主族，D元素原子M层有一对成对的p电子，元素E位于周期表ⅠB族．请回答下列相关问题（涉及元素的请用对应的元素符号冋答）
（1）①B、C、D第一电离能由大到小的顺序为N＞O＞S．
②基态E原子外围电子排布式是3d¹⁰4s¹．
（2）DC₂分子中D原子轨道的杂化类型为sp²．与DC₂互为等电子体的一种阴离子的化学式：NO₂^-．
（3）lmol（AB）₂（直线形分子）中含有π键的数目为4×6.02×10²³．
（4）C和E能形成晶胞如图所示的甲、乙两种化合物．
①甲的化学式为CuO．
②高温时甲易转化为乙的原因是Cu₂O中Cu原子d轨道为全满状态，比较稳定．

Answer 1

分析 A、B、C、D、E是前四周期的核电荷数依次增大元素，A原子核外s轨道电子数是p轨道电子数的2倍，原子核外电子排布式为1s²2s²2p²，故A为碳元素；D元素原子M层有一对成对的p电子，原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁴，故D为S元素，C、D同一主族，则C为O元素；B的原子序数介于碳、氧之间，故B为N元素；元素E位于周期表ⅠB族，则E为Cu元素．
（1）①同周期随原子序数增大，元素第一电离能呈增大趋势，但ⅡA族、ⅤA族第一电离能高于同周期相邻元素的，同主族自上而下第一电离能减小；
②根据能量最低原理书写；
（2）计算SO₂分子中S原子价层电子对数，确定杂化轨道数目，进而确定原子轨道的杂化类型；原子数目相等、价电子总数也相等的微粒互为等电子体；
（3）（CN）₂的结构式为N≡C-C≡N，单键为σ键，三键含有1个σ键、2个π键；
（4）①根据均摊法计算晶胞中黑色球、白色球数目，进而确定化学式；
②原子处于半满、全满、全空时，比较稳定．

解答 解：A、B、C、D、E是前四周期的核电荷数依次增大元素，A原子核外s轨道电子数是p轨道电子数的2倍，原子核外电子排布式为1s²2s²2p²，故A为碳元素；D元素原子M层有一对成对的p电子，原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁴，故D为S元素，C、D同一主族，则C为O元素；B的原子序数介于碳、氧之间，故B为N元素；元素E位于周期表ⅠB族，则E为Cu元素．
（1）①同周期随原子序数增大元素第一电离能呈增大趋势，但氮元素2p能级为半满稳定状态，能量较低，失去第一个电子需要的能量较多，其第一电离能高于同周期相邻元素，同主族自上而下第一电离能减小，故N、O、S三种元素的第一电离能数值由大到小的顺序为N＞O＞S，
故答案为：N＞O＞S；
②元素E位于周期表ⅠB族，原子外围电子排布式是3d¹⁰4s¹，
故答案为：3d¹⁰4s¹；
（2）SO₂分子中S原子价层电子对数=2+$\frac{1}{2}$×（6-2×2）=3，杂化轨道数目为3，原子轨道的杂化类型为sp²；S原子最外层6个电子可以用N原子及一个单位负电荷替换，得到与SO₂互为等电子体的一种阴离子的化学式为NO₂^-，
故答案为：sp²；NO₂^-；
（3）（CN）₂的结构式为N≡C-C≡N，1个（CN）₂分子中含有4个π键，lmol（CN）₂分子中含有π键的数目为4×6.02×10²³，
故答案为：4×6.02×10²³；
（4）①O、Cu能形成晶胞如图所示的两种化合物，甲中白色球数目=4，黑色球数目=6×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{8}$=4，Cu、O原子数目之比为1：1，则甲的化学式为CuO，
故答案为：CuO；
②乙中白色球数目=4，黑色球数目=1+8×$\frac{1}{8}$=2，白色球与黑色球个数之比为2：1，氧元素为-2价，则乙的化学式为Cu₂O，Cu₂O中Cu原子d轨道为全满状态，比较稳定，故高温时甲易转化为乙，
故答案为：Cu₂O中Cu原子d轨道为全满状态，比较稳定．

点评 本题综合考查物质结构与性质，涉及元素推断、核外电子排布、电离能、杂化轨道、等电子体、化学键、晶胞计算等，推断元素是解题关键，（4）中从结构分析氧化铜高温转化为氧化亚铜为易错点、难点，难度中等．