Question

12．已知A、B、R、D都是周期表中前四周期的元素，它們的原子序數依次增大．其中A元素基態原子第一電離能比B元素基態原子的第一電離能大，B的基態原子的L層、R基態原子的M層均有2個單電子，D是第Ⅷ族中原子序數最小的元素．
（1）寫出基態D原子的電子排布式[Ar]3d⁶4s²．
（2）已知高純度R的單質在現代信息技術與新能源開發中具有極為重要的地位．工業 上生產高純度R的單質過程如下：

寫出③的反應方程式SiHCl₃+H₂ $\frac{\underline{\;1000℃-1100℃\;}}{\;}$ Si+3HCl，已知RHCl₃的沸點是31.5°C，則該物質的晶體類型是分子晶體，組成微粒的中心原子的軌道雜化類型為sp³，空間構型是四面體形．
（3）A的第一電離能比B的第一電離能大的原因是N原子的2p能級處于較穩定的半充滿狀態，A、B兩元素分別與R形成的共價鍵中，極性較強的是Si-O．A、B兩元素間能形成多種二元化合物，其中與A₃^-互為等電子體的物質的化學式為N₂O．
（4）已知D單質的晶胞如圖所示，則晶體中D原子的配位數為8，一個D的晶胞質量為$\frac{112}{{N}_{A}}$g．

Answer 1

分析 B的基態原子的L層、R基態原子的M層均有2個單電子，則最外層電子數可能為4或6，B可能為C或O元素，R可能為Si或S元素，D是第Ⅷ族中原子序數最小的元素，應為Fe，A元素基態原子第一電離能比B元素基態原子的第一電離能大，且A的原子序數小于B，則A是N元素、B是O元素，高純度R的單質在現代信息技術與新能源開發中具有極為重要的地位，則R是Si元素，
（1）D是Fe元素，其原子核外有26個電子，根據構造原理書寫基態D原子的電子排布式；
（2）SiO₂和C在高溫下發生置換反應生成粗Si，粗硅和HCl在300℃條件下反應生成SiHCl₃，SiHCl₃和過量氫氣在1000℃-1100℃條件下反應生成純硅，
③的反應為SiHCl₃和氫氣的反應，生成Si和HCl，分子晶體熔沸點較低，該分子中Si原子價層電子對個數是4且不孤電子對，根據價層電子對互斥理論判斷Si原子的軌道雜化類型及空間構型；
（3）原子軌道中電子處于全滿、全空或半滿最穩定；N、O兩元素分別與Si形成的共價鍵中，元素的非金屬性越強，其形成的化合物中極性鍵的極性越強；等電子體中原子個數相等及價電子數相等；
（4）該晶胞是體心立方晶胞，該晶胞中Fe原子個數=1+8×$\frac{1}{8}$=2，其配合物是8，每個Fe原子的質量=$\frac{M}{{N}_{A}}$，則該晶胞質量就是兩個Fe原子質量．

解答 解：B的基態原子的L層、R基態原子的M層均有2個單電子，則最外層電子數可能為4或6，B可能為C或O元素，R可能為Si或S元素，D是第Ⅷ族中原子序數最小的元素，應為Fe，A元素基態原子第一電離能比B元素基態原子的第一電離能大，且A的原子序數小于B，則A是N元素、B是O元素，高純度R的單質在現代信息技術與新能源開發中具有極為重要的地位，則R是Si元素，
（1）D是Fe元素，其原子核外有26個電子，根據構造原理書寫基態D原子的電子排布式為[Ar]3d⁶4s²，
故答案為：[Ar]3d⁶4s²；
（2）SiO₂和C在高溫下發生置換反應生成粗Si，粗硅和HCl在300℃條件下反應生成SiHCl₃，SiHCl₃和過量氫氣在1000℃-1100℃條件下反應生成純硅，
③的反應為SiHCl₃和氫氣的反應，生成Si和HCl，反應方程式為SiHCl₃+H₂ $\frac{\underline{\;1000℃-1100℃\;}}{\;}$ Si+3HCl；
分子晶體熔沸點較低，該物質熔沸點較低，為分子晶體，該分子中Si原子價層電子對個數是4且不孤電子對，根據價層電子對互斥理論判斷Si原子的軌道雜化類型及空間構型分別為sp³、四面體形，
故答案為：SiHCl₃+H₂ $\frac{\underline{\;1000℃-1100℃\;}}{\;}$ Si+3HCl；分子晶體；sp³；四面體形；
（3）原子軌道中電子處于全滿、全空或半滿最穩定，N原子的2p能級處于較穩定的半充滿狀態，所以N原子比O原子第一電離能大；N、O兩元素分別與Si形成的共價鍵中，元素的非金屬性越強，其形成的化合物中極性鍵的極性越強，因為O元素的非金屬性大于N，則極性O-Si鍵＞N-Si鍵；等電子體中原子個數相等及價電子數相等，N₃^-中含有3個原子、價電子數是16，與該離子互為等電子體的氮氧化物為N₂O，
故答案為：N原子的2p能級處于較穩定的半充滿狀態；O-Si鍵；N₂O；
（4）該晶胞是體心立方晶胞，該晶胞中Fe原子個數=1+8×$\frac{1}{8}$=2，體心上的Fe原子被頂點上的8個原子包圍，所以其配合物是8，每個Fe原子的質量=$\frac{M}{{N}_{A}}$g，則該晶胞質量就是兩個Fe原子質量=2×$\frac{M}{{N}_{A}}$g=2×$\frac{56}{{N}_{A}}$g=$\frac{112}{{N}_{A}}$g，
故答案為：$\frac{112}{{N}_{A}}$g．

點評 本題考查物質結構和性質，為高頻考點，涉及晶胞計算、等電子體判斷、原子結構、微粒空間構型判斷等知識點，側重考查學生分析判斷計算能力，注意（2）中SiHCl₃是四面體而不是正四面體結構，應為Si-H、Si-Cl不同導致的，為易錯點．