Question

19．已知A、B、C、D、E、F六種元素的原子序數依次遞增，都位于前四周期．A位于周期表的s區，其原子中電子層數和未成對電子數相同；B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；D原子的核外成對電子數是未成對電子數的3倍．E有“生物金屬”之稱，E⁴⁺離子和氬原子的核外電子排布相同．F處于周期表中第9列．
（1）B、C、D三種元素的氫化物的沸點高低順序為CH₄＜NH₃＜H₂O，穩定性順序為CH₄＜NH₃＜H₂O．
（2）同時含有A、B、D三種元素的化合物M是此類物質中為數不多的氣體，且分子中所有原子共平面，則M中σ鍵和π鍵個數比為3：1，B原子的雜化類型為sp²，M能和水以任意比混溶的原因是甲醛能和水分子間形成氫鍵．
（3）C的最高價含氧酸根的空間構型為平面三角形，E的基態原子的價電子排布式為3d²4s²．
（4）“生物金屬”E內部原子的堆積方式與銅相同，都是面心立方堆積方式，如圖．則E晶胞中E的配位數為12，若該晶胞的密度為a g/cm³，阿伏加德羅常數為N_A，E原子的摩爾質量為M g/mol，則E原子的半徑為$\frac{\sqrt{2}}{4}×\root{3}{\frac{4M}{a{N}_{A}}}$cm．
（5）F可形成分子式均為F（NH₃）₅BrSO₄的兩種配合物，其中一種化學式為[F（NH₃）₅Br]SO₄，往其溶液中加BaCl₂溶液時，產生的現象是產生白色沉淀；往另一種配合物的溶液中加入BaCl₂溶液時，無明顯現象，若加入AgNO₃溶液時，產生淡黃色沉淀，則第二種配合物的化學式為[Co（SO₄）（NH₃）₅]Br．

Answer 1

分析 A、B、C、D、E、F六種元素的原子序數依次遞增，都位于前四周期．A位于周期表的s區，其原子中電子層數和未成對電子數相同，則A為H元素；B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，核外電子排布為1s²2s²2p²，則B為碳元素；D原子的核外成對電子數是未成對電子數的3倍，核外電子排布為1s²2s²2p⁴，則D為O元素；C的原子序數介于碳、氧之間，故C為N元素；E有“生物金屬”之稱，E⁴⁺離子和氬原子的核外電子排布相同，則E的原子序數為18+4=22，故E為Ti；F處于周期表中第9列，且為第四周期元素，故F為Co，據此解答．

解答 解：A、B、C、D、E、F六種元素的原子序數依次遞增，都位于前四周期．A位于周期表的s區，其原子中電子層數和未成對電子數相同，則A為H元素；B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，核外電子排布為1s²2s²2p²，則B為碳元素；D原子的核外成對電子數是未成對電子數的3倍，核外電子排布為1s²2s²2p⁴，則D為O元素；E有“生物金屬”之稱，E⁴⁺離子和氬原子的核外電子排布相同，則E的原子序數為18+4=22，故E為Ti；F處于周期表中第9列，且為第四周期元素，故F為Co．
（1）B、C、D三種元素的氫化物分別CH₄、NH₃、H₂O，常溫下H₂O為液態，而CH₄、NH₃為氣體，H₂O的沸點最高，由于NH₃分子之間存在氫鍵，其沸點高于CH₄，故沸點高低順序為CH₄＜NH₃＜H₂O，由于非金屬性：C＜N＜O，故穩定性順序為：CH₄＜NH₃＜H₂O，
故答案為：CH₄＜NH₃＜H₂O；CH₄＜NH₃＜H₂O；
（2）同時含有H、C、O三種元素的化合物M是此類物質中為數不多的氣體，且分子中所有原子共平面，則M為HCHO，結構式為，分子中σ鍵和π鍵個數比為3：1，碳原子的雜化類型為sp²雜化，由于甲醛能和水分子間形成氫鍵，能和水以任意比混溶，
故答案為：3：1；sp²；甲醛能和水分子間形成氫鍵；
（3）C的最高價含氧酸根為NO₃^-，N原子孤電子對數為$\frac{5+1-2×3}{2}$=0，價層電子對數為3+0=3，故NO₃^-的空間構型為平面三角形，E為Ti，原子核外有22個電子，基態原子的價電子排布式為3d²4s²，
故答案為：平面三角形；3d²4s²；
（4）以頂點Ti原子研究，與之最近的Ti原子處于面心，每個頂點為8個晶胞共用，每個面心為2個晶胞共用，則晶胞中Ti的配位數為$\frac{8×3}{2}$=12，晶胞中Ti原子數目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，則晶胞質量為4×$\frac{M}{{N}_{A}}$g，則晶胞體積為：4×$\frac{M}{{N}_{A}}$g÷a g/cm³=$\frac{4M}{a{N}_{A}}$cm³，故晶胞棱長為$\root{3}{\frac{4M}{a{N}_{A}}}$cm，則Ti原子的半徑為$\root{3}{\frac{4M}{a{N}_{A}}}$cm×$\sqrt{2}$×$\frac{1}{4}$=$\frac{\sqrt{2}}{4}×\root{3}{\frac{4M}{a{N}_{A}}}$cm，
故答案為：12；$\frac{\sqrt{2}}{4}×\root{3}{\frac{4M}{a{N}_{A}}}$；
（5）Co可形成分子式均為Co（NH₃）₅BrSO₄的兩種配合物，其中一種化學式為[Co（NH₃）₅Br]SO₄，往其溶液中加BaCl₂溶液時，硫酸根離子處于外界，會生成BaSO₄沉淀，產生的現象是：產生白色沉淀；
往另一種配合物的溶液中加入BaCl₂溶液時，無明顯現象，則硫酸根處于內界，若加入AgNO₃溶液時，產生淡黃色沉淀，則溴離子處于外界，則第二種配合物的化學式為：[Co（SO₄）（NH₃）₅]Br，
故答案為：產生白色沉淀；[Co（SO₄）（NH₃）₅]Br．

點評 本題是對物質結構與性質的考查，涉及核外電子排布、元素周期律、化學鍵、氫鍵、雜化方式、微粒構型、晶胞計算、配合物等知識點，題目比較綜合，推斷元素是解題關鍵，需要學生具備扎實的基礎與靈活運用的能力，難度中等．