Question

5．原子序數依次增大的五種元素A、B、C、D、E位于周期表的前四周期．A基態原子的2p軌道上有2個未成對電子；C的最外層電子數是次外層電子數的3倍，C與D同主族且相鄰；E位于周期表的ds區，最外層只有一對成對電子．請回答下列問題：
（1）A、B、C三種元素第一電離能最大的是（填元素符號）N，基態E原子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²．
（2）C、D的簡單氫化物中沸點較高的是H₂O（填分子式），原因是水分子間存在氫鍵．
（3）A元素可形成多種單質，其中一種單質為層狀結構的晶體（如圖1，其原子的雜化軌道類型為sp²．
（4）化合物DC₂的立體構型為V形，中心原子的價層電子對數為3．
（5）D與E能形成化合物X，X的一種晶體晶胞結構如圖2示，X的化學式為ZnS；若晶胞邊長為a，則晶體E的密度計算式為ρ=$\frac{4×97g/mol}{{a}^{3}{N}_{A}}$（N_A代表阿伏加德羅常數）．

Answer 1

分析 原子序數依次增大的五種元素A、B、C、D、E位于周期表的前四周期，C的最外層電子數是次外層電子數的3倍，則C的最外層有6個電子，C為O元素，C與D同主族相鄰，則D為S元素；A基態原子的2p軌道上有2個未成對電子，而且A的原子序數比O小，所以A為C元素；B的原子序數介于A、C之間，所以B為N元素；E位于周期表的ds區，最外層只有一對成對電子，則E為Zn元素；
（1）電子排布為半滿狀態，較穩定，第一電離能較大；E為Zn元素，Zn的核外有30個電子；
（2）水分子間存在氫鍵，氫鍵的作用力大于范德華力；
（3）C形成的單質中層狀結構的晶體為石墨，每個C原子形成3個共價單鍵，所以價層電子對數為3；
（4）根據中心原子的價層電子對數判斷；
（5）S在晶胞內部，原子數為4，Zn在頂點和面心，根據均攤法計算；晶胞中處于面心上的Zn原子與2個S原子相連，而該Zn原子被2個晶胞共用；晶胞邊長為a，則晶胞的體積為a³，晶胞的質量為$\frac{4×97}{N{\;}_{A}}$，根據ρ=$\frac{m}{V}$計算．

解答 解：原子序數依次增大的五種元素A、B、C、D、E位于周期表的前四周期，C的最外層電子數是次外層電子數的3倍，則C的最外層有6個電子，C為O元素，C與D同主族相鄰，則D為S元素；A基態原子的2p軌道上有2個未成對電子，而且A的原子序數比O小，所以A為C元素；B的原子序數介于A、C之間，所以B為N元素；E位于周期表的ds區，最外層只有一對成對電子，則E為Zn元素，
（1）C、N、O三種元素中，N原子的電子排布為半滿狀態，較穩定，第一電離能較大，所以第一電離能最大的是N；E為Zn元素，Zn的核外有30個電子，其電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²；
故答案為：N；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²；
（2）C、D的簡單氫化物分別為H₂O、H₂S，水分子間存在氫鍵，其沸點比硫化氫高；
故答案為：H₂O；水分子間存在氫鍵；
（3）A為C元素，C形成的單質中層狀結構的晶體，該單質為石墨，每個C原子形成3個共價單鍵，所以價層電子對數為3，其原子的雜化軌道類型為sp²；
故答案為：sp²；
（4）化合物SO₂的中S原子的價層電子對數為：2+$\frac{1}{2}$（6-2×2）=3，含有一個孤電子對，所以立體構型為V形；中心原子的價層電子對數為3；
故答案為：V形；3；
（5）S與Zn形成化合物的晶胞中，S在晶胞內部，原子數為4，Zn在頂點和面心，Zn的原子數為$\frac{1}{8}$×8+$\frac{1}{2}$×6=4，所以其化學式為ZnS；晶胞邊長為a，則晶胞的體積為a³，晶胞的質量為$\frac{4×97}{N{\;}_{A}}$，所以晶體E的密度為ρ=$\frac{4×97g/mol}{{a}^{3}{N}_{A}}$；
故答案為：ZnS；$\frac{4×97g/mol}{{a}^{3}{N}_{A}}$．

點評 本題考查了物質結構和性質，涉及電離能、氫鍵、分子結構、雜化軌道、離子方程式、晶胞結構與計算等，為常考知識點，注意掌握中學常見配合物，晶胞結構需要學生具有一定的空間想象能力，側重對學生綜合能量的考查，難度中等．