Question

1．E、G、M、Q、T是五种原子序数依次增大的前四周期元素．E、G、M是位于p区的同一中期的元素，M的价电子排布为nsⁿnp²ⁿ，E、M的原子核外的未成对电子数相等；M、Q同主族，QM₂与GM₂^-具有相等的价电子总数；T为过渡元素，去原子核外没有成对电子．请回答下列问题：
（1）T元素基态原子的最外层电子排布式是3d¹⁰4s¹．
（2）E、G、M三种元素的第一电离能由大到小的顺序为N＞O＞C（用元素符号表示），其原因为同周期随原子序数增大，第一电离能呈增大趋势，但N原子2P能级为半满稳定状态，能量较低，第一电离能大于氧的．
（3）E、G、M的最简单氢化物中，键角由大到小的顺序为CH₄＞NH₃＞H₂O（用化学式表示），其中G的最简单氢化物分子的立体构型为正四面体，M的最简单氢化物分子的中心原子的杂化类型为sp³．M和Q的最简单氢化物的沸点大小顺序为H₂O＞H₂S（写化学式）．
（4）EM、GM⁺、G₂互为等电子体，EM的结构式为（若有配位键，请用“→”表示）．E、M电负性相差1.0，由此可以判断EM应该为极性较强的分子，但实际上EM分子的极性极弱，请解释其原因：从电负性分析，CO中的共用电子对偏向氧原子，但分子中形成配位键的电子对是由氧原子单方面提供的，抵消了共用电子对偏向O而产生的极性．
（5）TQ在荧光体、光导体材料、涂料、颜料等行业中应用广泛．立方TQ晶体结构如图所示，该晶体的密度为ρ g•cm^-3．如果TQ的摩尔质量为Mg•mol^-1，阿伏加德罗常数为N_Amol^-1，则a、b之间的距离为$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{4M}{ρ{N}_{A}}}$cm．

Answer 1

分析 E、G、M、Q、T是五种原子序数依次增大的前四周期元素，E、G、M是位于P区的同一周期的元素，M的价层电子排布为nsⁿnp²ⁿ，s能级最多排列2个电子，则n=2，所以M价层电子排布式为2s²2p⁴，为O元素；E与M原子核外的未成对电子数相等，则E是C元素，G为N元素；QO₂与NO₂^-为等电子体，则Q为S元素；T为过渡元素，其原子核外没有未成对电子，则T为Zn元素；
（1）与T同区、同周期元素为Cu元素，其原子核外有29个电子，3d、4s能级电子为其价电子，根据构造原理书写该原子价电子排布式；
（2）同周期随原子序数增大，第一电离能呈增大趋势，但N原子2P能级为半满稳定状态，能量较低，第一电离能大于同周期相邻元素的；
（3）E、G、M的最简单氢化物分别CH₄、NH₃、H₂O，根据孤对电子之间排斥力＞孤对电子与成键电子对之间排斥力＞成键电子对之间排斥力，可以判断键角大小；氨气分子为三角锥形；水分子中O原子价层电子对个数是4，杂化轨道数目为4；水分子之间存在氢键，而硫化氢分子之间为范德华力，水的沸点较高；
（4）CO、NO⁺、N₂互为等电子体，等电子体结构相似；
C、O电负性相差1.0，由此可以判断CO应该为极性较强的分子，但实际上CO分子的极性极弱，根据电子对的偏向分析解答；
（5）ZnS晶体结构如图所示，该晶胞中黑色球个数是4、白色球个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，晶胞质量为$\frac{4M}{{N}_{A}}$g，根据V=$\frac{m}{ρ}$计算晶胞体积，再计算晶胞棱长，ab之间距离为该晶胞体对角线长的$\frac{1}{4}$．

解答 解：E、G、M、Q、T是五种原子序数依次增大的前四周期元素，E、G、M是位于P区的同一周期的元素，M的价层电子排布为nsⁿnp²ⁿ，s能级最多排列2个电子，则n=2，所以M价层电子排布式为2s²2p⁴，为O元素；E与M原子核外的未成对电子数相等，则E是C元素，G为N元素；QO₂与NO₂^-为等电子体，则Q为S元素；T为过渡元素，其原子核外没有未成对电子，则T为Zn元素；
（1）与T同区、同周期元素为Cu元素，其原子核外有29个电子，3d、4s能级电子为其价电子，根据构造原理书写该原子价电子排布式为3d¹⁰4s¹，故答案为：3d¹⁰4s¹；
（2）同周期随原子序数增大，第一电离能呈增大趋势，但N原子2P能级为半满稳定状态，能量较低，第一电离能大于氧的，故第一电离能：N＞O＞C，
故答案为：N＞O＞C；同周期随原子序数增大，第一电离能呈增大趋势，但N原子2P能级为半满稳定状态，能量较低，第一电离能大于氧的；
（3）E、G、M的最简单氢化物分别CH₄、NH₃、H₂O，甲烷中碳原子没有孤对电子，氨气中N原子有1对孤对电子，水分子中O原子有2对孤对电子，孤对电子之间排斥力＞孤对电子与成键电子对之间排斥力＞成键电子对之间排斥力，故键角大小顺序是CH₄＞NH₃＞H₂O；氨气分子为三角锥形，水分子中O原子价层电子对个数是4采取sp³杂化，水分子之间存在氢键，而硫化氢分子之间为范德华力，故沸点H₂O＞H₂S，
故答案为：CH₄＞NH₃＞H₂O；三角锥形；sp³；H₂O＞H₂S；
（4）CO、NO⁺、N₂互为等电子体，等电子体结构相似，则CO分子结构式为；
C、O电负性相差1.0，由此可以判断CO应该为极性较强的分子，但实际上CO分子的极性极弱，从电负性分析，CO中的共用电子对偏向氧原子，但分子中形成配位键的电子对是由氧原子单方面提供的，抵消了共用电子对偏向O而产生的极性，
故答案为：；从电负性分析，CO中的共用电子对偏向氧原子，但分子中形成配位键的电子对是由氧原子单方面提供的，抵消了共用电子对偏向O而产生的极性；
（5）ZnS晶体结构如图所示，该晶胞中黑色球个数是4、白色球个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，晶胞质量为$\frac{4M}{{N}_{A}}$g，则晶胞V=$\frac{4M}{{N}_{A}}$g÷ρg/cm³=$\frac{4M}{ρ{N}_{A}}$cm³，则晶胞棱长为$\root{3}{\frac{4M}{ρ{N}_{A}}}$cm，ab之间距离为该晶胞体对角线长的$\frac{1}{4}$=$\frac{1}{4}$×$\sqrt{3}$×$\root{3}{\frac{4M}{ρ{N}_{A}}}$=$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{4M}{ρ{N}_{A}}}$cm，
故答案为：$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{4M}{ρ{N}_{A}}}$．

点评 本题考查物质结构和性质，涉及晶胞计算、原子杂化方式判断、分子空间构型判断、原子核外电子排布等知识点，难点是晶胞计算中ab距离与晶胞体对角线长关系，需要学生具备一定的空间想象与数学计算能力，题目难度中等．