Question

20．A、B、C、D是元素周期表中前36号元素，它们的核电荷数依次增大．第二周期元素A原子的核外成对电子数是未成对电子数的2倍且有3个能级，B原子的最外层p轨道的电子为半充满结构，C是地壳中含量最多的元素．D是第四周期元素，其原子核外最外层电子数与氢原子相同，其余各层电子均充满．请回答下列问题：
（1）A、B、C的第一电离能由小到大的顺序是C＜O＜N（用对应的元素符号表示）；基态D原子的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹．
（2）A的最高价氧化物对应的水化物分子中，其中心原子采取sp²杂化；$BC_3^-$的空间构型为平面三角形（用文字描述）．
（3）1molAB^-中含有的π键个数为2N_A．
（4）如图是金属Ca和D所形成的某种合金的晶胞结构示意图，则该合金中Ca和D的原子个数比是1：5
（5）镧镍合金与上述合金都具有相同类型的晶胞结构XY_n，它们有很强的储氢能力．已知镧镍合金LaNi_n晶胞体积为9.0×10^-23cm³，储氢后形成LaNi_nH_4.5合金（氢进入晶胞空隙，体积不变），则LaNi_n中n5（填数值）；氢在合金中的密度为0.083g/cm³．

Answer 1

分析 A、B、C、D都是前36号元素，它们的核电荷数依次增大，第二周期元素A原子的核外成对电子数是未成对电子数的2倍且有3个能级，故原子核外电子排布为1s²2s²2p²，故A为C元素；C是地壳中含量最高的元素，所以C是O元素；B原子的最外层p轨道的电子为半满结构，最外层电子排布为2s²2p³，故B为N元素；D是第四周期元素，其原子核外最外层电子数与氢原子相同，其余各层电子均充满，故D元素原子各层电子数分别为2、8、18、1，是29号Cu元素，据此解答．

解答 解：A、B、C、D都是前36号元素，它们的核电荷数依次增大，第二周期元素A原子的核外成对电子数是未成对电子数的2倍且有3个能级，故原子核外电子排布为1s²2s²2p²，故A为C元素；C是地壳中含量最高的元素，所以C是O元素；B原子的最外层p轨道的电子为半满结构，最外层电子排布为2s²2p³，故B为N元素；D是第四周期元素，其原子核外最外层电子数与氢原子相同，其余各层电子均充满，故D元素原子各层电子数分别为2、8、18、1，是29号Cu元素．
（1）C、N、O元素是同一周期元素，同一周期元素自左而右第一电离能呈增大趋势，但N元素原子2p能级是半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素，故第一电离能C＜O＜N；
D的原子序数是29，为Cu元素，其原子核外电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，
故答案为：C＜O＜N；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹；
（2）H₂CO₃中C原子最外层电子数全部成键，没有孤电子对，成1个C=O双键，2个C-O单键，杂化轨道数目为3，采取sp²杂化，NO₃^-中N原子形成3个δ键，孤电子对=$\frac{5+1-3×2}{2}$=0，则应为平面三角形，
故答案为：sp²；平面三角形；
（3）将CN^-中C原子及1个负电荷换成1个N原子，可得的等电子体N₂，CN^-中形成C≡N三键，1个CN^-含有2个π键，故1mol CN^-中含有的π键个数为2N_A，
故答案为：2N_A；
（4）由晶胞结构可知，Ca原子处于顶点，晶胞中含有Ca原子数目为8×$\frac{1}{8}$=1，Cu原子处于晶胞内部与面上、面心，晶胞中Cu数目为1+4×$\frac{1}{2}$+4×$\frac{1}{2}$=5，故该合金中Ca和Cu的原子个数比为1：5，
故答案为：1：5；
（5）由（4）知n=5，晶胞中拥有4.5个H原子，氢在合金中的密度为$\frac{\frac{4.5}{6.02×1{0}^{23}}g}{9.0×1{0}^{-23}c{m}^{3}}$=0.083g/cm³，
故答案为：5；0.083g/cm³．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、电离能、杂化理论，分子结构、晶胞计算等知识点，侧重对知识迁移的运用、分析解决问题的能力考查，注意掌握均摊法进行晶胞有关计算，理解同周期主族元素中第一电离能异常原因．