Question

3．A、B、C、D是元素周期表中前36號元素，它們的核電荷數依次增大．第二周期元素A原子的核外成對電子數是未成對電子數的2倍且有3個能級，B原子的最外層p軌道的電子為半充滿結構，C是地殼中含量最多的元素．D是第四周期元素，其原子核外最外層電子數與氫原子相同，其余各層電子均充滿．請回答下列問題：
（1）A、B、C的第一電離能由小到大的順序是C＜O＜N（用對應的元素符號表示）；基態D原子的電子排布式為[Ar]3d¹⁰4s¹．
（2）A的最高價氧化物對應的水化物分子中，其中心原子采取sp²雜化；BC₃^-的空間構型為平面三角形（用文字描述）．
（3）1mol AB^-中含有的π鍵個數為2N_A．
（4）如圖是金屬Ca和D所形成的某種合金的晶胞結構示意圖，則該合金中Ca和D的原子個數比是1：5．

（5）鑭鎳合金與上述合金都具有相同類型的晶胞結構XY_n，它們有很強的儲氫能力．已知鑭鎳合金LaNi_n晶胞體積為9.0×10^-23cm³儲氫后形成LaNi_nH_4.5合金（氫進入晶胞空隙，體積不變），則LaNi_n中n=5（填數值）；氫在合金中的密度為0.083g/cm³．

Answer 1

分析 A、B、C、D是元素周期表中前36號元素，它們的核電荷數依次增大；第二周期元素A原子的核外成對電子數是未成對電子數的2倍且有3個能級，則A是C元素；C是地殼中含量最多的元素，則C是O元素；B原子的最外層p軌道的電子為半充滿結構，且原子序數大于A而小于C，則B是N元素；
D是第四周期元素，其原子核外最外層電子數與氫原子相同，其余各層電子均充滿，則D是Cu元素；
（1）同一周期元素，元素第一電離能隨著原子序數增大而增大，但第IIA族、第VA族元素第一電離能大于其相鄰元素；
基態D原子核外有29個電子，根據構造原理書寫基態D原子的簡化電子排布式；
（2）A的最高價氧化物對應的水化物是H₂CO₃，該分子中中心原子C原子價層電子對個數是3且不含孤電子對，根據價層電子對互斥理論判斷其中心原子雜化方式及碳酸根離子空間構型；
（3）CN^-與N₂互為等電子體，則每個CN^-中含有2個π鍵，據此計算1mol CN^-中含有的π鍵個數；
（4）如圖是金屬Ca和Cu所形成的某種合金的晶胞結構示意圖，利用均攤法計算Ca、Cu原子個數之比；
（5）鑭鎳合金與上述合金都具有相同類型的晶胞結構XY_n，根據Ca、Cu合金確定該鑭鎳合金中n值；其密度$ρ=\frac{m}{V}$．

解答 解：A、B、C、D是元素周期表中前36號元素，它們的核電荷數依次增大；第二周期元素A原子的核外成對電子數是未成對電子數的2倍且有3個能級，則A是C元素；C是地殼中含量最多的元素，則C是O元素；B原子的最外層p軌道的電子為半充滿結構，且原子序數大于A而小于C，則B是N元素；
D是第四周期元素，其原子核外最外層電子數與氫原子相同，其余各層電子均充滿，則D是Cu元素，
（1）同一周期元素，元素第一電離能隨著原子序數增大而增大，但第IIA族、第VA族元素第一電離能大于其相鄰元素，所以C、N、O元素第一電離能從小到大順序是C＜O＜N；基態D原子核外有29個電子，根據構造原理書寫基態Cu原子的簡化電子排布式為[Ar]3d¹⁰4s¹，
故答案為：C＜O＜N；[Ar]3d¹⁰4s¹；
（2）A的最高價氧化物對應的水化物是H₂CO₃，該分子中中心原子C原子價層電子對個數是3且不含孤電子對，根據價層電子對互斥理論判斷其中心原子雜化方式為sp²，碳酸根離子空間構型為平面三角形，
故答案為：sp²；平面三角形；
（3）CN^-與N₂互為等電子體，則每個CN^-中含有2個π鍵，則1mol CN^-中含有的π鍵個數為2N_A，
故答案為：2N_A；
（4）如圖是金屬Ca和Cu所形成的某種合金的晶胞結構示意圖，該晶胞中Ca原子個數=8×$\frac{1}{8}$=1、Cu原子個數=8×$\frac{1}{2}$+1=5，則Ca、Cu原子個數之比為1：5，
 故答案為：1：5；
（5）Ca、Cu合金化學式為CaCu₅，鑭鎳合金與上述合金都具有相同類型的晶胞結構XY_n，所以該鑭鎳合金中n=5，該物質密度=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}}{V}$=$\frac{\frac{4.5}{{N}_{A}}}{9.0×1{0}^{-23}}$g/cm³=0.083 g/cm³，
故答案為：5；0.083g/cm³．

點評 本題考查物質結構和性質，為高頻考點，涉及晶胞計算、原子雜化方式判斷、原子核外電子排布等知識點，側重考查學生分析計算及空間想象能力，難點是晶胞計算，題目難度中等．