Question

19．A、B、C、D、E为原子序数依次增大的五种元素，A的一种同位素可用于考古测定生物的死亡年代，B与A同周期，其s能级电子数比p能级电子数多，C原子的最外层电子数是次外层的3倍，D与B同主族；E的原子序数为29．回答下列问题：
（1）五种元素中第一电离能最大的是N（填元素符号），其中D原子价电子排布图为
（2）元素B的简单气态氢化物的沸点高于（填“高于”或“低于”）元素A的简单气态氢化物的沸
点．其主要原因是NH₃分子之间存在氢键，A的简单气态氢化物中心原子的杂化轨道类型sp³
（3）BC${\;}_{3}^{-}$的立体构型为平面三角形，与其互为等电子体的分子是SO₃（写化学式）
（4）EC在加热条件下容易转化为E₂C．从原子结构的角度解释原因Cu²⁺离子外围电子排布为3d⁹，而Cu⁺离子外围电子排布为3d¹⁰，为全满稳定状态，Cu₂O更稳定E原子的外围电子排布为3d¹⁰4s¹，E晶体的堆积方式为④（填序号）
①简单立方堆积 ②体心立方堆枳
③六方最密堆积 ④面心立方最密堆积
（5）硼与D可形成一种耐磨材料F，其结构与金刚石相似（如图）．可由硼的三溴化物和D的三溴化物高温下在氢气的氛围中合成．写出合成F的化学方程式：BBr₃+PBr₃+3H₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$BP+6HBr，F的晶泡边长为aPm，则该晶体密度的表达式为$\frac{4×42}{{N}_{A}×（a×1{0}^{-10}）^{3}}$g．cm^-3（含a、N_A的式子表示，不必化简）．

Answer 1

分析 A、B、C、D、E为原子序数依次增大的五种元素，A的一种同位素可用于考古测定生物的死亡年代，则A为碳元素；C原子的最外层电子数是次外层的3倍，原子只能由2个电子层，最外层电子数为6，故C为O元素；B的原子序数介于碳、氧之间，则B为N元素；D与B同主族，则D为P元素；E的原子序数为29，则E为Cu．
（1）非金属性越强第一电离能越大，同周期随原子序数增大，越大第一电离能呈增大趋势，氮元素原子2p能级为半满稳定状态，第一电离能高于同周期相邻元素的；
D为P原子，原子价电子排布式为3s²2p³，结合泡利原理、洪特规则画出价电子排布图；
（2）元素B的简单气态氢化物为NH₃，元素A的简单气态氢化物为CH₄，氨气分子之间形成氢键，沸点高于甲烷的；氨气分子中N原子形成3个N-H键，含有1对孤对电子，杂化轨道数目为4；
（3）计算NO₃^-中N原子孤电子对数、价层电子对数，确定空间构型；原子数目相等、价电子总数也相等的微粒互为等电子体；
（4）Cu⁺离子外围电子排布为3d¹⁰，为全满稳定状态，Cu₂O更稳定；根据能量最低原理书写Cu原子的外围电子排布式，Cu晶体的堆积方式为面心立方最密堆积；
（5）硼与P可形成一种耐磨材料F，其结构与金刚石相似，则F为BP，可由硼的三溴化物和D的三溴化物于高温下在氢气的氛围中合成，反应还生成HBr，根据原子守恒配平；
计算金刚石晶胞中C原子数目，可以确定晶胞中B、P原子数目，表示出BP晶胞质量，再根据ρ=$\frac{m}{V}$计算晶胞密度．

解答 解：A、B、C、D、E为原子序数依次增大的五种元素，A的一种同位素可用于考古中测定生物的死亡年代，则A为碳元素； B与A同周期，其s能级电子数比p能级电子数多，原子核外电子数排布式为1s²2s²2p³，则B为N元素；C原子的最外层电子数是次外层的3倍，原子只能有2个电子层，最外层电子数为6，故C为O元素；D与B同主族，则D为P元素；E的原子序数为29，则E为Cu．
（1）非金属性越强第一电离能越大，N元素原子2p能级为半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素的，故N元素的第一电离能最大，
D为P元素，原子价电子排布式为3s²3p³，原子价电子排布图为，
故答案为：N；；
（2）元素A、B的简单气态氢化物分别为CH₄、NH₃，NH₃分子之间存在氢键，沸点高于甲烷的，甲烷分子中C原子形成4个C-H将，没有孤对电子，故碳原子采取sp³杂化，
故答案为：高于；NH₃分子之间存在氢键；sp³；
（3）NO₃^-中N原子孤电子对数=$\frac{5+1-2×3}{2}$=0，价层电子对数=3+0=3，立体构型为平面三角形，与其互为等电子体的分子是SO₃，
故答案为：平面三角形；SO₃；
（4）Cu²⁺离子外围电子排布为3d⁹，而Cu⁺离子外围电子排布为3d¹⁰，为全满稳定状态，Cu₂O更稳定，CuO在加热条件下容易转化为Cu₂O，
Cu原子的外围电子排布式为：3d¹⁰4s¹，Cu晶体的堆积方式为面心立方最密堆积，
故答案为：Cu²⁺离子外围电子排布为3d⁹，而Cu⁺离子外围电子排布为3d¹⁰，为全满稳定状态，Cu₂O更稳定；3d¹⁰4s¹；④；
（5）硼与P可形成一种耐磨材料F，其结构与金刚石相似（如图），则F为BP，可由硼的三溴化物和D的三溴化物于高温下在氢气的氛围中合成，合成F的化学方程式：BBr₃+PBr₃+3H₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$BP+6HBr，
金刚石晶胞中C原子数目为4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，则晶胞中B、P原子数目均为4，晶胞质量为4×$\frac{11+31}{{N}_{A}}$g，晶胞边长为a pm，则该晶体密度为4×$\frac{11+31}{{N}_{A}}$g÷（a×10^-10 cm）³=$\frac{4×42}{{N}_{A}×（a×1{0}^{-10}）^{3}}$g•cm^-3．
故答案为：BBr₃+PBr₃+3H₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$BP+6HBr；$\frac{4×42}{{N}_{A}×（a×1{0}^{-10}）^{3}}$．

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、氢键、空间构型与杂化方式、晶胞计算等，是对物质结构主干知识综合考查，需要学生具备扎实的基础．