Question

20．元素A、B、C、D、E、F、G在元素周期表中的位置如图1所示．

回答下列问题：
（1）G的基态原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²；原子的第一电离能：D＜E（填“＞”或“＜”）．
（2）根据价层电子对斥理论，A₂C中的“A-C-A”键角是D（填字母序号）．
A.180°                                    B．接近120°，但小于120°
C．接近120°，但大于120°      D．接近109°28ˊ，但小于109°28ˊ
（3）已知化合物G（BC）₅的G元素化合价为0，熔点为-20℃，沸点为103℃，其固体属于分子晶体，该物质中存在的化学键类型有配位键、共价键，它在空气中燃烧生成红棕色氧化物，反应的化学方程式为4Fe（CO）₃+13O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+20CO₂．
（4）化合物BCF₂的分子立体构型为平面三角形，其中B原子的杂化轨道类型是sp²．写出一个与BCF₂具有相同空间构型的含氧酸根离子符号NO₃^-或CO₃^2-等．
（5）化合物EC的晶胞结构如图2所示．每个晶胞中含有4个E²⁺．若EC晶体的密度为dg•cm^-3，阿伏伽德罗常数值为N_A，则晶胞参数a=$\root{3}{\frac{160×1{0}^{21}}{{N}_{A}d}}$nm（列出计算式，不要求最终结果）．

Answer 1

分析 由元素在周期表中的位置，可知A为H、B为C元素、C为O元素、D为Na元素、E为Mg元素、F为Cl元素、G为Fe元素．
（1）Fe原子核外电子数为26，根据能量最低原理书写核外电子排布式；当外围电子在能量相等的轨道上形成全空、半满或全满结构时，原子的能量较低，元素的第一电离能较大；
（2）H₂O的σ键电子对数为2，孤电子对数为$\frac{1}{2}×$（6-2×1）=2，空间结构为V形；
（3）该化合物是Fe（CO）₅，分子晶体的熔沸点低，含有配位键和共价键，Fe（CO）₅与氧气反应生成红棕色氧化物Fe₂O₃；
（4）化合物BCF₂是COCl₂，中心原子是C，通过计算价层电子对数判断空间构型、C的杂化类型、具有相同空间构型的含氧酸根离子；
（5）Mg²⁺处于8个顶点和6个面心，根据均摊法计算晶胞中Mg原子、O原子数目，用阿伏伽德罗常数表示出晶胞质量，再根据ρ=$\frac{m}{V}$计算该晶体的体积．

解答 解：（1）Fe原子核外电子数为26，核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²；Na的最外层电子排布为3s¹，而Mg的最外层电子排布为3s²，达到全满状态，所以Mg的第一电离能较大，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²；＜；
（2）H₂O的σ键电子对数为2，孤电子对数为$\frac{1}{2}×$（6-2×1）=2，空间结构为V形，所以键角接近109°28ˊ，但小于109°28ˊ，
故答案为：D；
（3）该晶体熔沸点较低，属于分子晶体，该化合物是Fe（CO）₅，中心原子与配体之间形成的是配位键，配体中含有共价键，Fe（CO）₅与氧气反应生成红棕色氧化物Fe₂O₃，化学方程式为4Fe（CO）₃+13O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+20CO₂，
故答案为：分子； 配位键、共价键；4Fe（CO）₃+13O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+20CO₂；
（4）化合物BCF₂是COCl₂，中心原子是C，σ键电子对数为3，孤电子对数为$\frac{1}{2}×$（4-2×1-1×2）=0，COCl₂所以是平面三角形结构，C采取sp²杂化，NO₃^-或CO₃^2-等σ键电子对数为3，孤电子对数为0，和COCl₂具有相同空间构型，
故答案为：平面三角形；  sp²；NO₃^-或CO₃^2-等；
（5）Mg²⁺处于8个顶点和6个面心，因此每个晶胞中含有8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，O原子数目=1+12×$\frac{1}{4}$=4，
1个晶胞的体积V=$\frac{40g×4}{{N}_{A}×dg•cm{\;}^{-3}}$=$\frac{160}{{N}_{A}d}$cm³=$\frac{160}{{N}_{A}d}$×10²¹nm³，
V=a³=$\frac{160}{{N}_{A}d}$×10²¹nm³，所以a=$\root{3}{\frac{160×1{0}^{21}}{{N}_{A}d}}$nm，
故答案为：4；$\root{3}{\frac{160×1{0}^{21}}{{N}_{A}d}}$．

点评 本题考查晶胞计算，为高频考点，涉及元素周期表、核外电子排布、电离能、晶体类型与性质、空间构型判断等，注意同周期主族元素中第一电离能异常情况，需要学生具备扎实的基础．把握物质结构与性质为解答的关键，侧重分析与应用能力的考查，综合性较强，题目难度中等．