Question

2．有A、B、C、D、E五种原子序数增大的元素，只有一种为金属．A、B、C均为第二周期紧邻元素，其第一电离能顺序为B＞C＞A；B与D同主族；E为第4周期副族元素，其价层电子为全满．
（1）E元素的名称为锌，该元素基态原子的价电子排布式为3d¹⁰4s² ．
（2）B与D分别与氢形成最简单氢化物沸点高低顺序为NH₃＞PH₃（用化学式表示）；原因NH₃分子间存在氢键．
（3）A、B、C三种元素分别与氢形成化合物中的M-M（M代表A、B、C）单键的键能如表：

氢化物	HxA-AHx	HmB-BHm	HnC-CHn
键能（kJ．mol-1	346	247	207

上述三种氢化物中，A、B、C元素原子的杂化方式有1种；请解释上表中三种氢化物M-M单键的键能依次下降的原因乙烷中的碳原子没有孤电子对，肼中的氮原子有1对孤对电子，过氧化氢中的氧原子有两对孤对电子，孤对电子数越多斥力越大，形成的化学键越不稳定，键能越小．
（4）D与氯形成的化合物DC1₅，加压条件下148℃液化，发生完全电离得到一种能够导电的熔体，测定D-Cl键长为198pm和206pm两种，该熔体中含有一种正四面体结构的阳离子，请写出该条件下DC1₅电离的电离方程式2PCl₅=PCl₆^-+PCl₄⁺；该熔体中阴离子的空间构型为正八面体．
（5）E与C形成的化合物晶体结构有四种，其中一种与金刚石类似，金刚石晶体结构如图所示，该晶体的化学式为ZnO（用元素符号表示）；该晶胞的棱长为apm 则该晶体的密度为$\frac{324×1{0}^{30}}{{a}^{3}{N}_{A}}$g/cm³．

Answer 1

分析 有A、B、C、D、E五种原子序数增大的元素，只有一种为金属，A、B、C均为第二周期紧邻元素，其第一电离能顺序为B＞C＞A，则A、B、C分别是C、N、O元素；B与D同主族，则D为P元素；E为第4周期副族元素，其价层电子为全满，则为Zn元素；
（1）E为Zn元素，其原子核外3d、4s电子为其价电子；
（2）B与D分别与氢形成最简单氢化物分别是NH₃和PH₃，含有氢键的氢化物熔沸点高于不含氢键的氢化物；
（3）这几种氢化物中每个M原子价层电子对个数都是4，所以其杂化方式相同；排斥力：孤电子对与孤电子对＞孤电子对与成键电子对＞成键电子对与成键电子对，排斥力越大，形成的化学键越不稳定；
（4）D与氯形成的化合物DC1₅，加压条件下148℃液化，发生完全电离得到一种能够导电的熔体，测定D-Cl键长为198pm和206pm两种，该熔体中含有一种正四面体结构的阳离子，该阳离子应该为PCl₄⁺，生成的阴离子为PCl₆^-，利用价层电子对互斥理论判断该阴离子空间构型；
（5）该晶胞中Zn原子个数=4、O原子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，根据原子个数比确定化学式；
该晶胞体积=（a×10^-10 ）³cm³，晶胞密度=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{V}$．

解答 解：有A、B、C、D、E五种原子序数增大的元素，只有一种为金属，A、B、C均为第二周期紧邻元素，其第一电离能顺序为B＞C＞A，则A、B、C分别是C、N、O元素；B与D同主族，则D为P元素；E为第4周期副族元素，其价层电子为全满，则为Zn元素；
（1）E为Zn元素，其原子核外3d、4s电子为其价电子，其价电子排布式为3d¹⁰4s² ，
故答案为：锌；3d¹⁰4s² ；
（2）B与D分别与氢形成最简单氢化物分别是NH₃和PH₃，含有氢键的氢化物熔沸点高于不含氢键的氢化物，NH₃中含有氢键、PH₃中不含氢键，所以熔沸点NH₃＞PH₃，
故答案为：NH₃＞PH₃；NH₃分子间存在氢键；
（3）这几种氢化物中每个M原子价层电子对个数都是4，所以其杂化方式相同，则杂化方式为一种；排斥力：孤电子对与孤电子对＞孤电子对与成键电子对＞成键电子对与成键电子对，排斥力越大，形成的化学键越不稳定，乙烷中的碳原子没有孤电子对，肼中的氮原子有1对孤对电子，过氧化氢中的氧原子有两对孤对电子，孤对电子数越多斥力越大，形成的化学键越不稳定，键能越小，
故答案为：1；乙烷中的碳原子没有孤电子对，肼中的氮原子有1对孤对电子，过氧化氢中的氧原子有两对孤对电子，孤对电子数越多斥力越大，形成的化学键越不稳定，键能越小；
（4）D与氯形成的化合物DC1₅，加压条件下148℃液化，发生完全电离得到一种能够导电的熔体，测定D-Cl键长为198pm和206pm两种，该熔体中含有一种正四面体结构的阳离子，该阳离子应该为PCl₄⁺，生成的阴离子为PCl₆^-，其电离方程式为2PCl₅=PCl₆^-+PCl₄⁺，
该阴离子中P原子价层电子对个数=6+$\frac{5+1-6×1}{2}$=6，所以为正八面体；
故答案为：2PCl₅=PCl₆^-+PCl₄⁺；正八面体；
（5）该晶胞中Zn原子个数=4、O原子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，根据原子个数比确定化学式为ZnO；
该晶胞体积=（a×10^-10 ）³cm³，晶胞密度=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{V}$=$\frac{\frac{81}{{N}_{A}}×4}{（a×1{0}^{-10}）^{3}}$g/cm³=$\frac{324×1{0}^{30}}{{a}^{3}{N}_{A}}$g/cm³，
故答案为：ZnO；$\frac{324×1{0}^{30}}{{a}^{3}{N}_{A}}$．

点评 本题考查物质结构和性质，为高频考点，涉及晶胞计算、微粒空间构型判断、氢键等知识点，侧重考查学生分析、计算及空间想象能力，注意（5）中单位换算，为易错点．