Question

4．已知A、B、C、D、M、W六种元素的原子序数依次递增，都位于前四周期．其中A、D原子的最外层电子数均等于其周期序数，且D原子的电子层数是A的3倍；B原子s轨道电子数是p轨道电子数的两倍；C原子L层上有2对成对电子．M和W均有“生物金属”之称，M⁴⁺和氩原子的核外电子排布相同；W处于周期表中第8列．请回答下列问题：
（1）1mol B₂A₂分子中含σ键的数目是3 N_A（或1.806×10²⁴）．
（2）BC₂在高温高压下所形成的晶体其晶胞（晶体中最基本的重复单元）如图1所示．则该晶体的类型属于原子晶体（选填“分子”“原子”“离子”或“金属”）；该晶体中B原子轨道的杂化类型为sp³．

（3）“生物金属”M内部原子的堆积方式与铜相同；都是面心立方堆积方式，如图2．则晶胞中M原子的配位数为12；若该晶胞的密度为ρ g•cm^-3，阿伏加德罗常数为N_A，M原子的摩尔质量为M_r g•mol^-1，则该晶胞的“边长”为$\root{3}{\frac{4Mr}{ρ{N}_{A}}}$．
（4）“生物金属”W元素应用广泛，如人体内W元素的含量偏低，则会影响O₂在体内的正常运输．已知W²⁺与KCN溶液反应得W（CN）₂沉淀，当加入过量KCN溶液时沉淀溶解，生成配合物，其配离子结构如图3所示．①W元素基态原子价电子排布式为3d⁶4s²．
②已知CN^-与N₂（一种分子）互为等电子体，则1个CN^-中π键数目为2N_A．
（5）光谱证实单质D与强碱溶液反应有[D（OH）₄]^-生成，则[D（OH）₄]^-中存在abc．
a．共价键　b．配位键  c．σ键　d．π键．

Answer 1

分析 A、B、C、D、E五种元素的原子序数依次增大，B原子核外电子有6种不同的运动状态，S轨道电子数是P轨道电子数的两倍，则B原子核外有6个电子，则B为碳元素；C原子L层上有2对成对电子，则D原子电子排布式为1s²2s²2p⁴，所以C为氧元素；原子序数A＜B，B为碳元素，A原子的最外层电子数等于其周期序数，则A为氢元素；D原子的最外层电子数等于其周期序数，D原子的电子层数是A的3倍，D为铝元素，M⁴⁺离子和氩原子的核外电子排布相同，则M为22号元素，是钛元素，W处于周期表中第8列，则为第ⅥⅡ族元素，且位于前四周期，则可知W为铁元素，据此答题．

解答 解：A、B、C、D、E五种元素的原子序数依次增大，B原子核外电子有6种不同的运动状态，S轨道电子数是P轨道电子数的两倍，则B原子核外有6个电子，则B为碳元素；C原子L层上有2对成对电子，则D原子电子排布式为1s²2s²2p⁴，所以C为氧元素；原子序数A＜B，B为碳元素，A原子的最外层电子数等于其周期序数，则A为氢元素；D原子的最外层电子数等于其周期序数，D原子的电子层数是A的3倍，D为铝元素，M⁴⁺离子和氩原子的核外电子排布相同，则M为22号元素，是钛元素，W处于周期表中第8列，则为第ⅥⅡ族元素，且位于前四周期，则可知W为铁元素，所以A为氢元素；B为碳元素；C为氧元素；D为铝元素；M为钛元素；W为铁元素；
（1）B₂A₂为C₂H₂，C₂H₂的结构式为H-C≡CH，单键为δ键，三键含有1个δ键、2个π键，1个C₂H₂分子中含有3个δ键，所以l molC₂H₂分子中含σ键的数目是3 N_A（或1.806×10²⁴），故答案为：3 N_A（或1.806×10²⁴）；
（2）BD₂是CO₂，由晶体结构图可知，大球为碳原子，小球为氧原子，每个碳原子周围有4个氧原子，每个氧原子周围有2个碳原子，晶体中不存在CO₂分子，故在高温高压下所形成的晶体为原子晶体，该晶体中C原子轨道的杂化数为4，碳原子采取sp³杂化，故答案为：原子；sp³；
（3）在每个钛的晶胞中含有钛原子数为8×$\frac{1}{8}$=4，配位数为12，设晶胞的连长为a，根据$ρ=\frac{m}{v}$有，$ρ=\frac{\frac{4{M}_{r}}{{N}_{A}}}{{a}^{3}}$，所以a=$\root{3}{\frac{4Mr}{ρ{N}_{A}}}$cm，故答案为：12；$\root{3}{\frac{4Mr}{ρ{N}_{A}}}$cm；
（4）①Fe是26号元素，基态原子价电子排布式为3d⁶4s²，故答案为：3d⁶4s²；
②将C原子及1个电子用“N”代换可得CN^-等电子体分子N₂，π键数为2N_A，故答案为：2N_A；N₂；
（5）E为铝元素，光谱证实单质E与强碱溶液反应有[Al（OH）₄]^-生成，[Al（OH）₄]^-中氧原子与氢原子之间为共价键，是单键，属于δ键，铝离子与氢氧根离子之间形成配位键，配位键也属于共价键．所以，[Al（OH）₄]^-中存在共价键、配位键、δ键，故选：abc．

点评 本题以元素推断为载体，考查原子结构、电负性、电离能、化学键与晶体结构、晶胞的计算等知识，是对所学知识的综合考查与运用，难度不大，根据结构推断元素是解题关键．