Question

2．A、B、C、D四种常见元素信息如下：常温下，A元素的单质是第二周期主族元素形成的气体单质中最稳定的单质；B元素原子的M层有1对成对的p电子；C元素原子核外电子排布为[Ar]3d₆4s^x，有+2、+3两种常见化合价；D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．
（1）C³⁺在基态时，核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵．
（2）A元素与D元素的电负性大小关系为N＞C （用元素符号表示）．
（3）B元素的低价氧化物分子中心原子的杂化方式为sp²，B与D形成DB₂分子的空间构型为直线型．
（4）已知DA^-与A₂结构相似，则HDA分子中б键与π键数目之比为1：1．
（5）D元素最高价氧化物的熔点比同主族相邻元素最高价氧化物的熔点低，其原因是晶体类型不同，二氧化碳形成分子晶体，二氧化硅形成原子晶体．
（6）E的原子序数比C大3．
①已知氧元素和E能形成晶胞如图1的两种化合物，化合物甲的化学式为CuO；高温时，甲易转化为乙的原因为CuO中Cu²⁺外围电子排布为3d⁹，而Cu₂O中Cu⁺外围电子排布为3d¹⁰，属于稳定结构．

②E晶体的堆积方式如图2示，设E原子的半径为r cm，阿伏加德罗常数用N_A表 示，则晶胞中E原子的配位数为12，E晶体的密度为$\frac{16}{\sqrt{2}{r}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3（要求写表达式，可以不化简）．

Answer 1

分析 常温下，A元素的单质是第二周期主族元素形成的气体单质中最稳定的单质，则A为N元素；B原子的M层有1对成对的p电子，外围电子排布为3s²3p⁴，则B为S元素；C原子核外电子排布为[Ar]3d⁶4s^x，有+2、+3两种常见化合价，则C为Fe；D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C元素，
（1）C为Fe元素，Fe³⁺在基态时核外23个电子；
（2）同周期随原子序数增大第一电离能呈增大趋势，N元素2p轨道容纳3个电子，处于半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素；
（3）根据SO₂中S原子的价层电子对数判断；S元素与C元素形成分子为CS₂，与二氧化碳空间构型相同；
（4）根据HCN分子的结构式判断；
（5）二氧化碳形成分子晶体，二氧化硅形成原子晶体；
（6）E的原子序数比Fe大3，则E为Cu元素，
①利用均摊法计算；外围电子排布排布分析物质的稳定性；
②由Cu晶体的堆积方式可知，为面心立方密堆积，以顶角Cu原子研究，与之最近的Cu原子处于面心，每个顶点为12个面共用，故晶胞中Cu原子的配位数为12，晶胞中Cu原子数目=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，Cu原子半径为r，晶胞棱长=4r×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=2$\sqrt{2}$r，故晶胞体积=（2$\sqrt{2}$r）³=16$\sqrt{2}$r³，根据ρ=$\frac{m}{V}$计算．

解答 解：常温下，A元素的单质是第二周期主族元素形成的气体单质中最稳定的单质，则A为N元素；B原子的M层有1对成对的p电子，外围电子排布为3s²3p⁴，则B为S元素；C原子核外电子排布为[Ar]3d⁶4s^x，有+2、+3两种常见化合价，则C为Fe；D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C元素；
（1）C为Fe元素，Fe³⁺在基态时，核外电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵；
（2）同周期随原子序数增大第一电离能呈增大趋势，N元素2p轨道容纳3个电子，处于半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素，故第一电离能由大到下的顺序为N＞C；
故答案为：N＞C；
（3）S元素的低价氧化物为SO₂，分子中S原子价层电子对数=2+$\frac{1}{2}$（6-2×2）=3，S原子采取sp²杂化；S元素与C元素形成分子为CS₂，与二氧化碳互为等电子体，结构式为S=C=S，空间构型为直线型，
故答案为：sp²；直线型；
（4）HCN分子的结构式为H-C≡N中含有2个σ键和2个π键，所以其数目之比为1：1；
故答案为：1：1；
（5）二氧化碳形成分子晶体，二氧化硅形成原子晶体，故二氧化碳晶体熔点比较二氧化硅低，
故答案为：晶体类型不同，二氧化碳形成分子晶体，二氧化硅形成原子晶体；
（6）E的原子序数比Fe大3，则E为Cu元素，
①甲中Cu原子数目为4，氧原子数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，化学式为CuO，乙中Cu原子数目为4，氧原子数目为1+8×$\frac{1}{8}$=2，化学式为Cu₂O，Cu²⁺外围电子排布为3d⁹，而Cu⁺外围电子排布为3d¹⁰，属于稳定结构，故高温下CuO可以转化为Cu₂O；
故答案为：CuO；CuO中Cu²⁺外围电子排布为3d⁹，而Cu₂O中Cu⁺外围电子排布为3d¹⁰，属于稳定结构；
②由Cu晶体的堆积方式可知，为面心立方密堆积，以顶角Cu原子研究，与之最近的Cu原子处于面心，每个顶点为12个面共用，故晶胞中Cu原子的配位数为12，晶胞中Cu原子数目=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，Cu原子半径为r，晶胞棱长=4r×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=2$\sqrt{2}$r，故晶胞体积=（2$\sqrt{2}$r）³=16$\sqrt{2}$r³，
故晶胞的密度ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{4×64}{{N}_{A}}}{16\sqrt{2}{r}^{3}}$=$\frac{16}{\sqrt{2}{r}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3，
故答案为：12；$\frac{16}{\sqrt{2}{r}^{3}{N}_{A}}$．

点评 题是对物质结构的考查，涉及核外电子排布、电离能、分子结构、晶体类型与性质、晶胞结构与计算等，侧重对基础知识的综合应用的考查，（6）中解题的关键是计算晶胞的体积，题目难度中等．