Question

5．原子序数依次增大的五种元素A、B、C、D、E位于周期表的前四周期．A基态原子的2p轨道上有2个未成对电子；C的最外层电子数是次外层电子数的3倍，C与D同主族相邻；E位于周期表的ds区，最外层只有一对成对电子．请回答下列问题：
（1）A、B、C三种元素第一电离能最大的是（填元素符号）N，基态E原子的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²．
（2）C、D的简单氢化物中沸点较高的是H₂O（填分子式），原因是水分子间存在氢键．
（3）A元素可形成多种单质，其中分子晶体的分子式为C₆₀，原子晶体的名称是金刚石；A的一种单质为层状结构的晶体（如图甲），其原子的杂化轨道类型为sp²．
（4）①化合物DC₂的立体构型为V形，中心原子的价层电子对数为3．
②用KMnO₄酸性溶液吸收DC₂气体时，MnO₄^-被还原为Mn²⁺，该反应的离子方程式为5SO₂+2MnO${\;}_{4}^{-}$+2H₂O═2Mn²⁺+5SO${\;}_{4}^{2-}$+4H⁺．
（5）D与E能形成化合物X，X的一种晶体晶胞结构如图乙所示，X的化学式为ZnS，E的配位数为4；若晶胞边长为a，则晶体E的密度计算式为ρ=$\frac{4×97}{{a}^{3}×{N}_{A}}$．

Answer 1

分析 原子序数依次增大的五种元素A、B、C、D、E位于周期表的前四周期，C的最外层电子数是次外层电子数的3倍，则C的最外层有6个电子，C为O元素，C与D同主族相邻，则D为S元素；A基态原子的2p轨道上有2个未成对电子，而且A的原子序数比O小，所以A为C元素；B的原子序数介于A、C之间，所以B为N元素；E位于周期表的ds区，最外层只有一对成对电子，则E为Zn元素；
（1）电子排布为半满状态，较稳定，第一电离能较大；E为Zn元素，Zn的核外有30个电子；
（2）水分子间存在氢键，氢键的作用力大于范德华力；
（3）C形成的单质中为分子晶体的是C₆₀；属于原子晶体的是金刚石；层状结构的晶体为石墨，每个C原子形成3个共价单键，所以价层电子对数为3；
（4）①根据中心原子的价层电子对数判断；
②用KMnO₄酸性溶液吸收SO₂气体时，MnO₄^-被还原为Mn²⁺，根据元素守恒和电荷守恒书写；
（5）S在晶胞内部，原子数为4，Zn在顶点和面心，根据均摊法计算；晶胞中处于面心上的Zn原子与2个S原子相连，而该Zn原子被2个晶胞共用；晶胞边长为a，则晶胞的体积为a³，晶胞的质量为$\frac{4×97}{{N}_{A}}$，根据ρ=$\frac{m}{V}$计算．

解答 解：原子序数依次增大的五种元素A、B、C、D、E位于周期表的前四周期，C的最外层电子数是次外层电子数的3倍，则C的最外层有6个电子，C为O元素，C与D同主族相邻，则D为S元素；A基态原子的2p轨道上有2个未成对电子，而且A的原子序数比O小，所以A为C元素；B的原子序数介于A、C之间，所以B为N元素；E位于周期表的ds区，最外层只有一对成对电子，则E为Zn元素，
（1）C、N、O三种元素中，N原子的电子排布为半满状态，较稳定，第一电离能较大，所以第一电离能最大的是N；E为Zn元素，Zn的核外有30个电子，其电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²；
故答案为：N；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²；
（2）C、D的简单氢化物分别为H₂O、H₂S，水分子间存在氢键，其沸点比硫化氢高；
故答案为：H₂O；水分子间存在氢键；
（3）A为C元素，C形成的单质中为分子晶体的是C₆₀；属于原子晶体的是金刚石；C的一种单质为层状结构的晶体，该单质为石墨，每个C原子形成3个共价单键，所以价层电子对数为3，其原子的杂化轨道类型为sp²；
故答案为：C₆₀；金刚石；sp²；
（4）①化合物SO₂的中S原子的价层电子对数为：2+$\frac{1}{2}$（6-2×2）=3，含有一个孤电子对，所以立体构型为V形；中心原子的价层电子对数为3；
故答案为：V形；3；
②用KMnO₄酸性溶液吸收SO₂气体时，MnO₄^-被还原为Mn²⁺，该反应的离子方程式为5SO₂+2MnO${\;}_{4}^{-}$+2H₂O═2Mn²⁺+5SO${\;}_{4}^{2-}$+4H⁺；
故答案为：5SO₂+2MnO${\;}_{4}^{-}$+2H₂O═2Mn²⁺+5SO${\;}_{4}^{2-}$+4H⁺；
（5）S与Zn形成化合物的晶胞中，S在晶胞内部，原子数为4，Zn在顶点和面心，Zn的原子数为$\frac{1}{8}$×8+$\frac{1}{2}$×6=4，所以其化学式为ZnS；晶胞中处于面心上的Zn原子与2个S原子相连，而该Zn原子被2个晶胞共用，所以配位数为4；晶胞边长为a，则晶胞的体积为a³，晶胞的质量为$\frac{4×97}{{N}_{A}}$，所以晶体E的密度为ρ=$\frac{4×97}{{a}^{3}×{N}_{A}}$；
故答案为：ZnS；4；$\frac{4×97}{{a}^{3}×{N}_{A}}$．

点评 本题考查了物质结构和性质，涉及电离能、氢键、分子结构、杂化轨道、离子方程式、晶胞结构与计算等，为常考知识点，注意掌握中学常见配合物，晶胞结构需要学生具有一定的空间想象能力，侧重对学生综合能量的考查，难度中等．