Question

2．A、B、C、D、Z為周期表前四周期元素，原子序數依次遞增，已知：
①A為元素周期表中原子半徑最小的元素；
②B的基態原子中電子占據三種能量不同的原子軌道，且每種軌道中的電子總數相同；
③D的基態原子的核外成對電子數是未成對電子數的3倍；
④Z有“生物金屬”之稱；Z⁴⁺離子和氫原子的核外電子排布相同；
⑤A、B、D三種元素組成的一種化合物M是新裝修居室中常含有的一種有害氣體，A、B兩種元素組成的原子個數比為1：1的化合物N是中學化學中常見的有機溶劑．
請回答下列問題（答題時，A、B、C、D、Z用所對應的元素符號表示）
（1）化學物M的空間構型為平面三角形，其中心原子采取sp²雜化；化合物N在固態時的晶體類型為分子晶體．
（2）B、C、D三種元素的第一電離能由小到大的順序為C＜O＜N．
（3）由上述一種或多種元素組成的與BD₂互為等電子體的物質，其分子式為N₂O．
（4）由B、C、D三種元素組成的BCD^-離子在酸性條件下可與NaClO溶液反應，生成C₂、BD₂等物質，該反應的粒子方程式為2CNO^-+2H⁺+3ClO^-═N₂↑+2CO₂↑+3C1^-+H₂O．
（5）Z原子基態時的外圍電子排布式為3d²4s²；Z的一種含氧酸鋇鹽的晶胞結構如圖所示，晶體內與每個Z原子等距離且最近的氧原子數為6，該晶體的化學式為BaTiO₃．

Answer 1

分析 A、B、C、D、Z為周期表前四周期元素，原子序數依次遞增．已知：①A為元素周期表中原子半徑最小的元素，則A為H元素；②B的基態原子中電子占據三種能量不同的原子軌道，且每種軌道中的電子總數相同，原子核外電子排布為1s²2s²2p²，則B為C元素；③D的基態原子的核外成對電子數是未成對電子數的3倍，核外電子排布式為1s²2s²2p⁴，D為O元素；結合原子序數可知，C為N元素；④Z有“生物金屬”之稱，Z⁴⁺離子和氬原子的核外電子排布相同，原子序數為22，則Z為Ti元素；⑤A、B、D三種元素組成的一種化合物M是新裝修居室中常含有的一種有害氣體，A、B兩種元素組成的原子個數比為1：1的化合物N是中學化學中常見的有機溶劑，則M為HCHO，N為C₆H₆，據此解答．

解答 解：A、B、C、D、Z為周期表前四周期元素，原子序數依次遞增．已知：①A為元素周期表中原子半徑最小的元素，則A為H元素；②B的基態原子中電子占據三種能量不同的原子軌道，且每種軌道中的電子總數相同，原子核外電子排布為1s²2s²2p²，則B為C元素；③D的基態原子的核外成對電子數是未成對電子數的3倍，核外電子排布式為1s²2s²2p⁴，D為O元素；結合原子序數可知，C為N元素；④Z有“生物金屬”之稱，Z⁴⁺離子和氬原子的核外電子排布相同，原子序數為22，則Z為Ti元素；⑤A、B、D三種元素組成的一種化合物M是新裝修居室中常含有的一種有害氣體，A、B兩種元素組成的原子個數比為1：1的化合物N是中學化學中常見的有機溶劑，則M為HCHO，N為C₆H₆．
（1）化合物M為HCHO，碳原子的孤電子對數為0，碳原子的σ鍵數為3，則碳原子采取sp²雜化，空間結構為平面三角形，化合物N為苯，由苯分子直接構成的，則N在固態時的晶體類型為分子晶體，
故答案為：平面三角形；sp²；分子晶體；
（2）B、C、D三種元素的分別為C、N、O，同周期元素從左到右元素的第一電離能呈增大趨勢，則C元素的最小，但N原子的電子排布中2p軌道為半滿穩定狀態，能量較低，則失去1個電子更難，第一電離能高于O元素，故第一電離能C＜O＜N，
故答案為：C＜O＜N；
（3）與CO₂互為等電子體的分子為N₂O，
故答案為：N₂O；
（4）由C、N、O三種元素所組成的CNO^-離子在酸性條件下可與NaClO反應，生成N₂、CO₂等物質．上述反應的離子方程式為：2CNO^-+2H⁺+3ClO^-═N₂↑+2CO₂↑+3C1^-+H₂O，
故答案為：2CNO^-+2H⁺+3ClO^-═N₂↑+2CO₂↑+3C1^-+H₂O；
（5）Z為Ti，核外電子數為22，原子基態時的電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²，外圍電子排布式為3d²4s²，由晶體結構圖可知，晶體內與每個Z原子等距離且最近的氧原子在棱的位置，關于Z原子對稱，則氧原子數為3×2=6，Ba原子數目為1，Ti原子數目為$8×\frac{1}{8}=1$，O原子數目為$12×\frac{1}{4}$=3，故化學式為BaTiO₃，
故答案為：3d²4s²；6； BaTiO₃．

點評 本題是對物質結構的考查，涉及分子結構、雜化軌道、電離能、核外電子排布式、晶胞結構等，推斷元素是解題關鍵，注意理解同周期元素中第一電離能發生異常情況，難度中等．