Question

16．如图1为长式周期表的一部分，其中的编号代表对应的元素．

（1）比较①和②具有相同核外电子排布的简单离子半径大小关系为H^-＞Li⁺（填化学式）；③、④、⑤三种元素的第一电离能由大到小的顺序为N＞O＞C（填元素符号），写出原子序数和元素⑧相差2且与元素⑧同族的元素基态原子的外围电子排布式3d⁸4s²．
（2）在元素③与①形成的原子个数比为1：1的四原子分子中，③原子的杂化方式为sp．其分子中δ键和π键数目之比为3：2．
（3）元素④的某种氢化物甲分子中含有18个电子，甲为二元弱碱，在水中的电离方程式与氨相似．写出甲在水中的第一步电离的电离方程式N₂H₄+H₂O?N₂H₅⁺+OH^-．甲在微电子工业中，可作刻蚀剂H₂O₂的清除剂，二者发生反应的产物不污染环境，其化学方程式为N₂H₄+2H₂O₂=N₂+4H₂O．
（4）元素⑥和⑤形成分子乙的结构与元素①和⑤形成的最简单分子丙相似，乙的VSEPR模型为四面体，解释丙的沸点高于乙的原因OF₂和H₂O均由分子构成，H₂O分子间可形成氢键，使分子间作用强于OF₂分子间的范德华力．
（5）可用赤血盐K₃[Fe（CN）₆]检验元素⑧的+2价阳离子，写出该反应的离子方程式3Fe²⁺+2[Fe（CN）₆]^3-=Fe₃[Fe（CN）₆]₂↓，元素⑩的阴离子与元素⑧的+2价离子形成化合物丁，将3molCl₂通入含4mol丁的溶液，用一个离子方程式表示该反应过程为3Cl₂+4Fe²⁺+2Br^-=4Fe³⁺+Br₂+6Cl^-．
（6）晶胞有两个基本要素：
①原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置，如图2为⑦和⑨组成的离子化合物戊的晶胞，其中三个离子（白色球）坐标参数A为（0，0，0）；B为（$\frac{1}{2}$，0，$\frac{1}{2}$）；C为（$\frac{1}{2}$，$\frac{1}{2}$，0）．则D离子（黑色球）的坐标参数为（$\frac{1}{4}$，$\frac{1}{4}$，$\frac{3}{4}$）．
②晶胞参数，描述晶胞的大小和形状，已知戊的晶胞参数apm，则晶胞中B和D离子的距离为$\frac{\sqrt{3}a}{4}$pm．

Answer 1

分析 由元素在周期表中位置，可知①为H、②为Li、③为C、④为N、⑤为O、⑥为F、⑦为S、⑧为Fe、⑨为Zn、⑩为Br．
（1）电子层结构相同的离子，核电荷数越大离子半径越小；
同周期随原子序数增大，元素第一电离能呈增大趋势，氮元素原子2p轨道为半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素的；
原子序数和元素⑧相差2且与元素⑧同族的元素为Ni；
（2）元素③与①形成的原子个数比为1：1的四原子分子为H-C≡C-H；
（3）元素④的某种氢化物甲分子中含有18个电子，则甲为N₂H₄，甲为二元弱碱，在水中的电离方程式与氨相似，甲在水中的第一步电离生成N₂H₅⁺、OH^-；
甲在微电子工业中，可作刻蚀剂H₂O₂的清除剂，二者发生反应的产物不污染环境，即反应生成氮气与水；
（4）元素①和⑤形成的最简单分子丙为H₂O，元素⑥和⑤形成分子乙的结构与H₂O的结构相似，则乙为O₂F，水分子之间形成氢键，沸点较高；
（5）K₃[Fe（CN）₆]检验元素⑧的+2价阳离子，反应生成Fe₃[Fe（CN）₆]₂蓝色沉淀，
元素⑩的阴离子与元素⑧的+2价离子形成化合物丁为FeBr₂，氯气先氧化亚铁离子，后氧化溴离子，根据电子转移守恒计算参加反应亚铁离子、溴离子物质的量，再配平书写离子方程式；
（6）D与周围4个原子形成正四面体结构，D与晶胞顶点的连线处于晶胞体对角线上，且D与晶胞顶点距离为晶胞体对角线长度的$\frac{1}{4}$．

解答 解：由元素在周期表中位置，可知①为H、②为Li、③为C、④为N、⑤为O、⑥为F、⑦为S、⑧为Fe、⑨为Zn、⑩为Br．
（1）电子层结构相同的离子，核电荷数越大离子半径越小，故离子半径：H^-＞Li⁺，
同周期随原子序数增大，元素第一电离能呈增大趋势，氮元素原子2p轨道为半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素的，故第一电离能：N＞O＞C；
原子序数和元素⑧相差2且与元素⑧同族的元素为Ni，其外围电子排布式为：3d⁸4s²，
故答案为：H^-＞Li⁺；N＞O＞C； 3d⁸4s²；
（2）元素③与①形成的原子个数比为1：1的四原子分子为H-C≡C-H，碳原子的杂化方式为sp，其分子中δ键和π键数目之比为3：2，
故答案为：sp；3：2；
（3）元素④的某种氢化物甲分子中含有18个电子，则甲为N₂H₄，甲为二元弱碱，在水中的电离方程式与氨相似，甲在水中的第一步电离生成N₂H₅⁺、OH^-，第一步电离方程式为：N₂H₄+H₂O?N₂H₅⁺+OH^-，
甲在微电子工业中，可作刻蚀剂H₂O₂的清除剂，二者发生反应的产物不污染环境，即反应生成氮气与水，化学反应方程式为：N₂H₄+2H₂O₂=N₂+4H₂O，
故答案为：N₂H₄+H₂O?N₂H₅⁺+OH^-；N₂H₄+2H₂O₂=N₂+4H₂O；
（4）元素①和⑤形成的最简单分子丙为H₂O，元素⑥和⑤形成分子乙的结构与H₂O的结构相似，则乙为O₂F，是分子中O原子价层电子对数=2+$\frac{6-1×2}{2}$=4，VSEPR模型为四面体，故O₂F的VSEPR模型为四面体，
OF₂和H₂O均由分子构成，H₂O分子间可形成氢键，使分子间作用强于OF₂分子间的范德华力，水的沸点较高，
故答案为：四面体；OF₂和H₂O均由分子构成，H₂O分子间可形成氢键，使分子间作用强于OF₂分子间的范德华力；
（5）K₃[Fe（CN）₆]检验元素⑧的+2价阳离子，反应生成Fe₃[Fe（CN）₆]₂蓝色沉淀，反应离子方程式为：3Fe²⁺+2[Fe（CN）₆]^3-=Fe₃[Fe（CN）₆]₂↓，
元素⑩的阴离子与元素⑧的+2价离子形成化合物丁为FeBr₂，氯气先氧化亚铁离子，后氧化溴离子，
4molFe²⁺反应消耗Cl₂为$\frac{4mol×1}{2}$=2mol，剩余1molCl₂，可以氧化Br^-为2mol，用一个离子方程式表示该反应过程为：3Cl₂+4Fe²⁺+2Br^-=4Fe³⁺+Br₂+6Cl^-，
故答案为：3Fe²⁺+2[Fe（CN）₆]^3-=Fe₃[Fe（CN）₆]₂↓；3Cl₂+4Fe²⁺+2Br^-=4Fe³⁺+Br₂+6Cl^-；
（6）①D与周围4个原子形成正四面体结构，D与晶胞顶点的连线处于晶胞体对角线上，且D与晶胞顶点距离为晶胞体对角线长度的$\frac{1}{4}$，故D原子的x=$\frac{1}{4}$、y=$\frac{1}{4}$、z=$\frac{3}{4}$，则D原子的坐标参数为（$\frac{1}{4}$，$\frac{1}{4}$，$\frac{3}{4}$），
故答案为：（$\frac{1}{4}$，$\frac{1}{4}$，$\frac{3}{4}$）；$\frac{1}{4}$×
②戊的晶胞参数为apm，则晶胞体对角线长度为$\sqrt{3}$a pm，故晶胞中B和D离子的距离为$\frac{1}{4}$×$\sqrt{3}$a pm=$\frac{\sqrt{3}a}{4}$ pm，
故答案为：$\frac{\sqrt{3}a}{4}$．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及元素周期表、微粒半径比较、杂化方式判断、配合物、氧化还原反应、晶胞计算等，（6）中晶胞计算为易错点、难点，需要学生具备一定的空间想象与数学计算能力，难度较大．