Question

5．已知A、B、C、D、E五種元素都是元素周期表中前四周期元素，原子序數依次增大，E的價電子排布式為3d¹⁰4s¹．A、B、C、D四種短周期元素在元素周期表中的相對位置如下表所示．

						A
B		C				D

根據以上信息，回答下列問題：
（1）基態C原子含有5種能量不同的電子，其簡單離子的電子排布式為1s²2s²2p⁶．
（2）DA₂⁺離子的中心原子的雜化軌道類型是sp³，其立體構型為V形．
（3）A所在主族元素的氫化物中，沸點最低的是HCl（填化學式）；第一電離能比較：B＜C （填“＞”、“＜”、“=”）．
（4）E單質的晶體堆積方式為面心立方密堆積，空間利用率為74%；C與D形成的化合物中化學鍵類型為共價鍵．
（5）E的氧化物E₂O為半導體材料，在其立方晶胞內部有4個氧原子，其余氧原子位于面心和頂點，則該晶胞中有16個E原子．若該晶體的密度為ρ g/cm³，則晶胞參數a=$\root{3}{\frac{1152}{ρ•{N}_{A}}}$cm （列出表達式即可）．

Answer 1

分析 A、B、C、D、E五種元素都是元素周期表中前四周期元素，原子序數依次增大，E的價電子排布式為3d¹⁰4s¹，則E為Cu；由A、B、C、D四種短周期元素在元素周期表中的相對位置，可知A為F元素、B為Na、C為Al、D為Cl．
（1）C為Al，原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p¹，失去3s、3p能級電子形成鋁離子；
（2）計算ClF₂⁺離子的中Cl原子孤電子對數、價層電子對數，進而確定雜化軌道與空間構型；
（3）HF分子之間存在氫鍵，沸點最高，其它氫化物分子間為范德華力，相對分子質量越大，范德華力越強，沸點越高；
同周期隨原子序數增大元素第一電離能呈增大趨勢；
（4）E為Cu，單質的晶體堆積方式為面心立方密堆積，利用均攤法計算晶胞中Cu原子數目，設Cu原子半徑為r，則晶胞棱長為4r×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=2$\sqrt{2}$r，空間利用率=$\frac{晶胞中原子總體積}{晶胞體積}$×100%；
C與D形成的化合物為AlCl₃，屬于共價化合物；
（5）利用均攤法計算晶胞中O原子數目，結合化學式E₂O計算晶胞中Cu原子數目，再計算晶胞質量，結合m=ρV計算晶胞棱長．

解答 解：A、B、C、D、E五種元素都是元素周期表中前四周期元素，原子序數依次增大，E的價電子排布式為3d¹⁰4s¹，則E為Cu；由A、B、C、D四種短周期元素在元素周期表中的相對位置，可知A為F元素、B為Na、C為Al、D為Cl．
（1）C為Al，原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p¹，原子中有5種能量不同的電子，失去3s、3p能級電子形成鋁離子，鋁離子核外電子排布式為：1s²2s²2p⁶，
故答案為：5；1s²2s²2p⁶；
（2）ClF₂⁺離子的中Cl原子孤電子對數=$\frac{7-1-1×2}{2}$=2、價層電子對數=2+2=4，Cl原子采取sp³雜化軌，離子空間構型為V形，
故答案為：sp³；V形；
（3）HF分子之間存在氫鍵，沸點最高，其它氫化物分子間為范德華力，相對分子質量越大，范德華力越強，沸點越高，故HCl的沸點最低；
同周期隨原子序數增大元素第一電離能呈增大趨勢，故第一電離能Na＜Al，
故答案為：HCl；＜；
（4）E為Cu，單質的晶體堆積方式為面心立方密堆積，晶胞中Cu原子數目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，設Cu原子半徑為r，則晶胞中Cu原子總體積為4×$\frac{4}{3}$πr³，晶胞棱長為4r×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=2$\sqrt{2}$r，晶胞體積為（2$\sqrt{2}$r）³=16$\sqrt{2}$r³，空間利用率=$\frac{4×\frac{4}{3}π{r}^{3}}{16\sqrt{2}{r}^{3}}$×100%=74%，
C與D形成的化合物為AlCl₃，屬于共價化合物，含有共價鍵，
故答案為：面心立方密堆積；74%；共價鍵；
（5）晶胞中O原子數目=4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，由化學式Cu₂O可知晶胞中Cu原子數目8×2=16，晶胞質量為8×$\frac{144}{{N}_{A}}$g，則：ρ g/cm³×（a cm）³=8×$\frac{144}{{N}_{A}}$g，解得a=$\root{3}{\frac{1152}{ρ•{N}_{A}}}$，
故答案為：16；$\root{3}{\frac{1152}{ρ•{N}_{A}}}$．

點評 本題是對物質結構與性質的考查，涉及元素周期表、核外電子排布、雜化方式與空間構型判斷、氫鍵、晶胞結構與計算，是對學生綜合能力的考查，（4）（5）為易錯點，需要學生具備一定的空間想象與數學計算能力，難度中等．