Question

3．已知A、B、C、D、E都是元素周期表中的前四周期元素，它们原子序数的大小关系为A＜C＜B＜D＜E．又知A原子的p轨道为半充满，其形成的简单氢化物的沸点是同主族非金属元素的氢化物中最高的．D原子得到一个电子后其3p轨道将全充满．B⁺离子比D原子形成的离子少一个电子层．C与B可形成BC型的离子化合物．E的原子序数为29．
请回答下列问题：
（1）元素A简单氢化物中A原子的杂化类型是sp³，B、C、D的电负性由小到大的顺序为Na＜Cl＜F（用所对应的元素符号表示）．C的气态氢化物易溶于水的原因是HF和H₂O分子之间能形成氢键．
（2）E原子的基态电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹．元素E的单质晶体在不同温度下可有两种堆积方式，晶胞分别如右图a和b所示，则其面心立方堆积的晶胞与体心立方堆积的晶胞中实际含有的E原子的个数之比为2：1．
（3）实验证明：KCl、MgO、CaO、TiN这4种晶体的结构与NaCl晶体结构相似（如图所示），其中3种离子晶体的晶格能数据如下表：

离子晶体	NaCl	KCl	CaO
晶格能/kJ•mol-1	786	715	3401

则该4种离子晶体（不包括NaCl）熔点从高到低的顺序是：TiN＞MgO＞CaO＞KCl．
（4）金属阳离子含未成对电子越多，则磁性越大，磁记录性能越好．离子型氧化物V₂O₅和CrO2中，适合作录音带磁粉原料的是CrO₂．
（5）温室效应，科学家设计反应：CO₂+4H₂→CH₄+2H₂O，以减小空气中CO₂．若有1mol CH₄生成，则有6mol σ键和2mol π键断裂．

Answer 1

分析 A、B、C、D、E都是元素周期表中的前四周期元素，A原子的p轨道半充满，外围电子排布为nS²nP³，处于ⅤA族，形成的氢化物的沸点是同主族非金属元素氢化物中最高的，则A为N元素；D原子得到一个电子后3p轨道全充满，原子的电子排布式应为1S²2S²2P⁶3S²3P⁵，为Cl元素；B⁺比D原子形成的离子少一个电子层，则B应为Na元素；C与B形成BC型离子化合物，则C应为第Ⅶ主族元素，根据原子序数A＜C＜B＜D＜E可知C为F元素；E的原子序数为29，为Cu元素，据此解答，
（1）元素A简单氢化物是NH₃，计算N原子价层电子对数，确定其杂化方式；同周期随原子序数递增电负性增大，同主族自上而下电负性减小；根据氢键分析HF易溶于水；
（2）根据能量最低原理书写核外电子排布式；用均摊法计算图a和b中的Cu原子；
（3）晶格能越大熔点越高；
（4）V₂O₅中V 没有未成对电子，CrO₂中Cr含有2个未成对电子；
（5）CO₂结构式为O=C=O，1个CO₂有2个σ键和2个π键，4个H₂有4个σ键．

解答 解：A、B、C、D、E都是元素周期表中的前四周期元素，A原子的p轨道半充满，外围电子排布为nS²nP³，处于ⅤA族，形成的氢化物的沸点是同主族非金属元素氢化物中最高的，则A为N元素；D原子得到一个电子后3p轨道全充满，原子的电子排布式应为1S²2S²2P⁶3S²3P⁵，为Cl元素；B⁺比D原子形成的离子少一个电子层，则B应为Na元素；C与B形成BC型离子化合物，则C应为第Ⅶ主族元素，根据原子序数A＜C＜B＜D＜E可知C为F元素；E的原子序数为29，为Cu元素，据此解答．
（1）元素A简单氢化物是NH₃，N原子价层电子对数=3+$\frac{5-1×3}{2}$=4，故NH₃中N采取sp³杂化；同周期随原子序数递增电负性增大，同主族自上而下电负性减小，故电负性Na＜Cl＜F；HF与水分子之间能形成氢键，而易溶于水，
故答案为：sp³；Na＜Cl＜F；HF与水分子之间能形成氢键；
（2）E为Cu，原子核外电子数为29，根据能量最低原理，核外电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，
由晶胞结构可知，图a为体心立方堆积晶胞，晶胞中Cu原子数目=1+8×$\frac{1}{8}$=2，图b为面心立方堆积晶胞，晶胞中Cu原子数目=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，则其面心立方堆积的晶胞与体心立方堆积的晶胞中实际含有的Cu原子的个数之比为4：2=2：1，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹；2：1；
（3）KCl、MgO、CaO、TiN这4种晶体的结构与NaCl晶体结构相似，TiN中离子都带3个单位电荷，MgO、CaO中离子都带2个单位电荷，KCl中离子都带1个单位电荷，离子半径Cl^-＜O^2-＜N^3-，Mg²⁺＜Ca²⁺＜K⁺，高价化合物的晶格能远大于低价离子化合物的晶格，晶格能TiN＞MgO＞CaO＞KCl，故熔点TiN＞MgO＞CaO＞KCl，
故答案为：TiN＞MgO＞CaO＞KCl；
（4）V₂O₅中V 没有未成对电子，CrO₂中Cr含有2个未成对电子，故CrO₂适合作录音带磁粉原料，
故答案为：CrO₂；
（5）CO₂结构式为O=C=O，1个CO₂有2个σ键和2个π键，4个H₂有4个σ键，故有1mol CH₄生成，则有6mol σ键和2mol π键断裂，
故答案为：6；2．

点评 本题考查物质结构与性质，涉及元素推断题、核外电子排布、电负性、化学键、熔点高低比较、晶胞计算等，推断出元素的种类是解答本题的关键，难度中等，注意理解晶格能的影响因素．