Question

19．在周期表中1～36号之间的A、B、C、D、E、F六种元素，它们的原子序数依次增大，已知A与其余五种元素既不同周期也不同主族，B的一种核素在考古时常用来鉴定一些文物的年代，C元素原子的最外层有3个自旋方向相同的未成对电子，D原子核外电子有8种不同的运动状态，E元素在第四周期，E的基态原子中未成对电子数是核外电子总数的$\frac{1}{4}$，F元素位于周期表的ds区，其基态原子最外能层只有一个电子．
（1）写出基态E原子的价电子排布图3d⁵4s¹．
（2）B、C、D三种元素第一电离能由小到大的顺序为C＜O＜N（用元素符号表示）．
（3）B的最高价氧化物对应的水化物分子中，中心原子的杂化类型为sp²杂化，C的单质与化合物BD是等电子体，根据等电子体原理，写出化合物BD的电子式．
（4）A₂D的沸点在同族元素中最高，其原因是由于水分子间形成氢键，导致沸点升高．A₂D由液态形成晶体时密度减小（填“增大”、“不变”或“减小”），其主要原因水形成晶体时，每个水分子与4个水分子形成氢键，构成空间正四面体网状结构，水分子空间利用率低，密度反而减小．（用文字叙述）．
（5）已知D、F能形成一种化合物，其晶胞的结构如图所示，则该化合物的化学式为Cu₂O．（用元素符号表示）
若相邻D原子和F原子间的距离为a cm，阿伏伽德罗常数为N_A，则该晶体的密度为$\frac{27\sqrt{3}}{2{N}_{A}{a}^{3}}$g．cm^-3（用含a、N_A的符号表示）．

Answer 1

分析 在元素周期表前四周期中原子序数依次增大的六种元素A、B、C、D、E、F中，B的一种核素在考古时常用来鉴定一些文物的年代，则B为C元素，D原子核外电子有8种不同的运动状态，则D为O元素，C元素原子的最外层有3个自旋方向相同的未成对电子，且C的原子序数小于D，所以C为N元素，E元素在第四周期，E的基态原子中未成对电子数是核外电子总数的1/4，其原子外围电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹，则E为Cr元素，F元素位于周期表的ds区，其基态原子最外能层只有一个电子，则F原子外围电子排布为3d¹⁰4s¹，所以F为Cu元素，A与其余五种元素既不同周期也不同主族，所以A为H元素，以此解答该题．

解答 解：（1）E为铬元素，基态E原子的价电子排布式3d⁵4s¹，
故答案为：3d⁵4s¹；
（2）C、O、N元素都是第二周期非金属元素，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，故答案为：C＜O＜N；
（3）B为C元素，最高价氧化物对应的水化物为碳酸，分子中，中心原子C形成3个δ键，没有孤电子对，为sp²杂化，氮的单质与CO是等电子体，据等电子体的原理，CO的电子式为，
故答案为：sp²杂化；；
（4）H₂O由于水分子间形成氢键，导致沸点升高，由液态形成晶体时密度会减小，因为水分子之间形成氢键，氢键有方向性，每个水分子与4个水分子形成氢键，构成空间正四面体网状结构，水分子空间利用率低，使分子之间的间隙变大，密度反而减小，
故答案为：由于水分子间形成氢键，导致沸点升高； 减小；水形成晶体时，每个水分子与4个水分子形成氢键，构成空间正四面体网状结构，水分子空间利用率低，密度反而减小；
（5）根据晶胞的结构图可知，晶胞中含有氧原子数为$8×\frac{1}{8}+1$=2，铜原子数为4，所以该化合物的化学式为Cu₂O，若相邻氧原子和铜原子间的距离为a cm，则晶胞的体对角线为4acm，所以边长为$\frac{4}{\sqrt{3}}a$cm，所以体积为$（\frac{4}{\sqrt{3}}a）^{3}$cm³，该晶体的密度为 $\frac{\frac{64×4+16×2}{{N}_{A}}}{（\frac{4}{\sqrt{3}}a）^{3}}$g/cm³=$\frac{27\sqrt{3}}{2{N}_{A}{a}^{3}}$g/cm³（用含a、N_A的符号表示），
故答案为：Cu₂O；$\frac{27\sqrt{3}}{2{N}_{A}{a}^{3}}$．

点评 本题主要考查较为综合，涉及物质结构与性质以及晶胞的计算，为高考常见题型，题目侧重于考查原子核外电子排布、第一电离能、原子杂化、等电子体、氢键、晶胞的计算等知识点，中等难度，元素推断是解题的关键，答题时注意物质结构知识的灵活运用．