Question

10．A、B、C、D都是元素周期表中的短周期元素，它们的核电荷数依次增大．A是元素周期表中原子半径最小的元素，非金属元素B原子的核外电子数是未成对电子数的3倍，C原子的最外层p轨道的电子为半充满结构，D是地壳中含量最多的元素．E位于第4周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，且最外层电子数与A相同．回答下列问题：
（1）E的基态原子价电子排布图．
（2）B、C、D的第一电离能由小到大的顺序为N＞O＞C．（用元素符号表示）
（3）CA₃物质能与很多化合物通过配位键发生相互作用．CA₃与第2周期中的另一种元素的氢化物相互作用得到的化合物X是科学家潜心研究的一种储氢原料，X是乙烷的等电子体；加热X会缓慢释放H₂，转变为化合物Y，Y是乙烯的等电子体．
①化合物CA₃的分子空间构型为三角锥形，X的结构式为（必须标明配位键）．
②形成CA₃物质的中心原子在X、Y分子中的杂化方式分别是sp³和sp²，Y分子中σ键和π键数目之比为5：1．
（4）在研究金矿床物质组分的过程中，通过分析发现了E元素存在E-Ni-Zn-Sn-Fe多金属互化物．
①某种金属互化物具有自范性，原子在三维空间里呈周期性有序排列，该金属互化物属于晶体（填“晶体”或“非晶体”），可通过X射线衍射方法鉴别．
②E能与类卤素（SCN）₂反应生成E（SCN）₂，类卤素（SCN）₂对应的酸有两种，理论上硫氰酸（H-S-C≡N）的沸点低于异硫氰酸（H-N≡C≡S）的沸点，其原因是异硫氰酸分子间可形成氢键，而硫氰酸分子间不能形成氢键．
③立方NiO（氧化镍）晶体的结构与氯化钠相同，其中每个Ni周围有6个最近距离的氧原子，这些氧原子形成的空间构型为正八面体，若NiO晶体的密度为ρg•cm^-3，其晶胞边长为$\root{3}{\frac{75×4}{ρ{N}_{A}}}$cm（不必计算结果，阿伏加德罗常数常数的值为N_A）．

Answer 1

分析 A、B、C、D都是元素周期表中的短周期元素，它们的核电荷数依次增大；A是元素周期表中原子半径最小的元素，则A为H元素；
非金属元素B原子的核外电子数是未成对电子数的3倍，则B是C元素；
D是地壳中含量最多的元素，则D为O元素，C原子的最外层p轨道的电子为半充满结构，且C原子序数大于B而小于D，所以C是N元素；
E位于第4周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，且最外层电子数与A相同，为Cu元素；
（1）E是Cu元素，有29个电子，其3d、4s电子为Cu原子价电子；
（2）B、C、D分别是C、N、O元素，同一周期元素，其第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于其相邻元素；
（3）①根据价层电子对互斥理论确定微粒空间构型，形成配位键的条件是有空轨道和孤电子对；
②根据价层电子对互斥理论，价层电子对数=σ 键个数+孤对电子，据此确定杂化类型；共价单键是σ键，共价双键中一个是σ键一个是π键，共价三键中一个σ键两个π键；
（4）①晶体具有自范性，可通过X-射线衍射实验进行鉴别；
②由于异硫氰酸分子间可形成氢键，而硫氰酸分子间不能形成氢键，所以硫氰酸（H-S-C≡N）的沸点低于异硫氰酸；
③立方NiO（氧化镍）晶体的结构域氯化钠相同，其中每个Ni周围有6个最近距离的氧原子，这些氧原子形成的空间构型为正八面体，根据均摊法计算晶胞中Ni、O原子数目，根据ρ=$\frac{M}{V}$计算体积，棱长=$\root{3}{V}$．

解答 解：A、B、C、D都是元素周期表中的短周期元素，它们的核电荷数依次增大；A是元素周期表中原子半径最小的元素，则A为H元素；
非金属元素B原子的核外电子数是未成对电子数的3倍，则B是C元素；
D是地壳中含量最多的元素，则D为O元素，C原子的最外层p轨道的电子为半充满结构，且C原子序数大于B而小于D，所以C是N元素；
E位于第4周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，且最外层电子数与A相同，为Cu元素；
（1）E是Cu元素，有29个电子，其3d、4s电子为Cu原子价电子，其价电子排布图为，故答案为：；
（2）B、C、D分别是C、N、O元素，同一周期元素，其第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于其相邻元素，所以第一电离能大小顺序是N＞O＞C，故答案为：N＞O＞C；
（3）①氨气分子中，NH₃中N原子成3个σ键，有一对未成键的孤对电子，价层电子对数=3+$\frac{1}{2}$（5-3×1）=4，所以采取sp³杂化，空间构型是三角锥型；
NH₃与第二周期另一种元素的氢化物相互作用的产物，X是乙烷的等电子体，应含有18的电子，为BH₃•NH₃，Y是乙烯的等电子体，应为BH₂=NH₂，X中B含有空轨道，N含有孤电子对，可形成配位键，X的结构式为，
故答案为：三角锥形；；
②由可知，中心原子形成4个σ 键，为sp³杂化，Y是乙烯的等电子体，应为BH₂=NH₂，BH₂=NH₂中B和N都形成3个σ 键，为sp²杂化，BH₂=NH₂中含有1个碳氮双键，含有1个π键，含有2个B-H键、2个N-H键，所以分子中σ键和π键数目之比为5：1，
故答案为：sp³和sp²；5：1；
（4）①晶体具有自范性，可通过X-射线衍射实验进行鉴别，某种金属互化物具有自范性，原子在三维空间里呈周期性有序排列，该金属互化物属于晶体，可通过X射线衍射方法鉴别，
故答案为：晶体；X射线衍射；
②由于异硫氰酸分子间可形成氢键，而硫氰酸分子间不能形成氢键，所以硫氰酸（H-S-C≡N）的沸点低于异硫氰酸，
故答案为：异硫氰酸分子间可形成氢键，而硫氰酸分子间不能形成氢键；
③立方NiO（氧化镍）晶体的结构域氯化钠相同，其中每个Ni周围有6个最近距离的氧原子，这些氧原子形成的空间构型为正八面体，晶胞中Ni原子数目为1+12×$\frac{1}{4}$=4，氧原子数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，晶胞体积=$\frac{\frac{（59+16）}{{N}_{A}}×4}{ρ}$cm³，棱长=$\root{3}{V}$=$\root{3}{\frac{\frac{（59+16）}{{N}_{A}}×4}{ρ}}$cm=$\root{3}{\frac{75×4}{ρ{N}_{A}}}$cm，
故答案为：6；正八面体；$\root{3}{\frac{75×4}{ρ{N}_{A}}}$．

点评 本题是对物质结构的考查，涉及晶体结构与性质、核外电子排布、杂化轨道、晶胞计算等，难度中等，（4）为易错点，注意利用均摊法计算晶胞质量，根据阴阳离子所带电荷相等计算氧化镍晶体中离子数目之比，题目难度中等．