Question

2．已知A、B、C、D、E、F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、C原子的L層有2個未成對電子．D與E同主族，D的二價陽離子與C的陰離子具有相同的電子層結構．F³⁺離子M層3d軌道電子為半滿狀態．請根據以上情況，回答下列問題：（答題時，用所對應的元素符號表示）
（1）寫出F原子的外圍電子排布式3d⁶4s²．

元    素		M	F
電離能 （kJ•mol-1）	I1	717	759
	I2	1509	1561
	I3	3248	2957

（2）與A₂^2-互為等電子體的單質是N₂，A₂^2-中成鍵原子的雜化類型是sp
（3）F和M（質子數為25）兩元素的部分電離能數據列于右表：比較兩元素的I₂、I₃可知，氣態M²⁺再失去一個電子比氣態F²⁺再失去一個電子難．對此，你的解釋是：Mn²⁺的3d軌道電子排布為半滿狀態較穩定．
（4）H₂S和C元素的氫化物（分子式為H₂C₂）的主要物理性質比較如下：

	熔點/K	沸點/K	標準狀況時在水中的溶解度
H2S	187	202	2.6
H2C2	272	423	以任意比互溶

H₂S和H₂C₂的相對分子質量基本相同，造成上述物理性質差異的主要原因：H₂O₂分子間存在氫鍵，與水分子可形成氫鍵；
（5）如圖a、b分別為M、F晶體的堆積模型，假設M的原子半徑分別為Ranm，它的空間利用率：（不用化簡）M$\frac{π}{3\sqrt{2}}$．

Answer 1

分析 A、B、C、D、E、F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、C原子的L層有2個未成對電子，且A原子序數小于C，則A是C、C是O元素，B介于A和C元素之間，為N元素；
D與E同主族，D的二價陽離子與C的陰離子具有相同的電子層結構，則D為Mg元素；E為Ca元素，
F³⁺離子M層3d軌道電子為半滿狀態，F原子核外電子數為26，為Fe元素；
（1）Fe原子核外3d、4s能級電子為其價電子，根據構造原理書寫Fe原子價電子排布式；
（2）原子個數相等、電子數相等的微粒互為等電子體；C₂^2-中成鍵原子價層電子對個數是2，根據價層電子對互斥理論判斷C原子雜化方式；
（3）F是Fe元素、M是Mn元素，原子軌道電子數處于全滿、全空、半滿時最穩定；
（4）含有氫鍵的氫化物熔沸點較高、溶解性較大；
（5）b中M原子個數=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，原子所占體積=4×$\frac{4}{3}$πRa³（nm）³，晶胞中面上3個原子共直線，則棱長=2$\sqrt{2}$Ranm，晶胞體積=（2$\sqrt{2}$Ra）³（nm）³．

解答 解：A、B、C、D、E、F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、C原子的L層有2個未成對電子，且A原子序數小于C，則A是C、C是O元素，B介于A和C元素之間，為N元素；
D與E同主族，D的二價陽離子與C的陰離子具有相同的電子層結構，則D為Mg元素；E為Ca元素，
F³⁺離子M層3d軌道電子為半滿狀態，F原子核外電子數為26，為Fe元素；
（1）Fe原子核外3d、4s能級電子為其價電子，根據構造原理書寫Fe原子價電子排布式為3d⁶4s²，
故答案為：3d⁶4s²；
（2）原子個數相等、電子數相等的微粒互為等電子體，則與A₂^2-互為等電子體的單質是N₂；C₂^2-中成鍵原子價層電子對個數是2，根據價層電子對互斥理論判斷C原子雜化方式為sp，
故答案為：N₂；sp；
（3）F是Fe元素、M是Mn元素，原子軌道電子數處于全滿、全空、半滿時最穩定，Mn²⁺的3d軌道電子排布為半滿狀態較穩定，所以氣態Mn²⁺再失去一個電子比氣態Fe²⁺再失去一個電子難，
故答案為：Mn²⁺的3d軌道電子排布為半滿狀態較穩定；
（4）含有氫鍵的氫化物熔沸點較高、溶解性較大，H₂O₂分子間存在氫鍵，與水分子可形成氫鍵，所以雙氧水的熔沸點和溶解性大于硫化氫，
故答案為：H₂O₂分子間存在氫鍵，與水分子可形成氫鍵；
（5）b中M原子個數=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，原子所占體積=4×$\frac{4}{3}$π（Ra）³（nm）³，晶胞中面上3個原子共直線，則棱長=2$\sqrt{2}$Ranm，晶胞體積=（2$\sqrt{2}$Ra）³（nm）³，其空間利用率=$\frac{4×\frac{4}{3}π（Ra）^{3}（nm）^{3}}{（2\sqrt{2}Ra）^{3}（nm）^{3}}$=$\frac{π}{3\sqrt{2}}$，
故答案為：$\frac{π}{3\sqrt{2}}$．

點評 本題考查物質結構和性質，涉及晶胞計算、氫鍵、等電子體、原子雜化方式判斷等知識點，側重考查學生分析、判斷及計算能力，難點是晶胞計算，注意（5）中每個面上對角線的3個原子緊鄰，題目難度中等．