Question

8．下表給出五種元素的相關信息，根據以下信息填空：

元素	相關信息
T	基態原子2p能級有3個單電子
W	基態原子p軌道上成對電子數等于未成對電子數
X	氫化物常用于刻蝕玻璃
Y	基態原子核外電子分處6個不同能級，且每個能級均已排滿
Z	原子序數等于X與Y的原子序數之和

（1）元素Y基態原子的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²（或[Ar]4s²）．
（2）42gT的單質分子中π鍵的個數為3N_A；在T的最簡單氫化物分子中T原子的雜化類型是sp³．研究者預想合成一個純粹由T元素組成的新物種T₅⁺T₃^-，若T₅⁺離子中每個氮原子均滿足8電子且呈對稱結構，以下有關T₅⁺推測正確的是BD（填序號）
A．N₅⁺有24個電子
B．N₅⁺陽離子中存在兩個氮氮三鍵
C．N₅⁺離子中存在三對未成鍵的電子對
D．N₃^-離子的空間構型為直線型
（3）TX₃是一種無色、無味、無毒且不可燃的氣體，在半導體加工，太陽能電池制造和液晶顯示器制造中得到廣泛應用．它可在Z單質的催化作用下由X₂和過量的TH₃反應得到，試寫出該反應的化學方程式：4NH₃+3F₂$\frac{\underline{\;Cu\;}}{\;}$NF₃+3NH₄F．在該反應方程式中的幾種物質所屬的晶體類型有acd（填序號）．
a．離子晶體    b．原子晶體    c．分子晶體    d．金屬晶體
（4）T、W、X 3種元素的電負性由大到小的順序為F＞O＞N（用元素符號表示）．
（5）Z²⁺能與T的氫化物寫出配位數為4的配離子[Z（TH₃）₄]²⁺，該配離子具有對稱的空間構型，且離子中的兩個TH₃被兩個Cl取代只能得到一種產物，則[Z（TH₃）₄]²⁺的空間構型為正四面體．
（6）X和Y形成的化合物的晶胞結構如圖所示，已知晶體的密度為ρ g•cm^-3，阿伏加德羅常數為N_A，則晶胞邊長a=$\root{3}{\frac{312ρ}{{N}_{A}}}$cm．（用ρ、N_A的計算式表示）．

Answer 1

分析 T基態原子2p能級有3個單電子，則T為N元素；
W基態原子p軌道上成對電子數等于未成對電子數，則W為O元素；
X氫化物常用語雕刻玻璃，則X為F元素；
Y基態原子核外電子分處6個不同能級，且每個能級均已排滿，則Y為Ca元素；
Z原子序數等于X與Y原子序數之和，則Z為原子序數為9+20=29，則Z為Cu元素；
（1）元素Y為Ca元素，其原子核外有20個電子，根據構造原理書寫其基態原子的核外電子排布式；
（2）42gN元素的單質物質的量=$\frac{42g}{28g/mol}$=1.5mol，一個氮氣分子中含有2個π鍵，則1.5mol氮氣中含有3molπ鍵；在N元素的最簡單氫化物分子中T原子價層電子對個數是4且含有1個孤電子對，根據構造原理判斷N原子的雜化類型；
A．陽離子核外電子數=質子總數-電荷數；
B．N₅⁺離子的結構為；
C．N₅⁺ 離子中每個氮原子均滿足8電子且呈對稱結構，N₅⁺離子的結構為，中間N原子有2對孤對電子；
D．N₃^-離子與二氧化碳分子核外等電子體；
（3）在Cu單質的催化作用下由F₂和過量的NH₃反應得到N₅⁺N₃^-，根據反應物和生成物及反應條件書寫該反應的化學方程式；在該反應方程式中的幾種物質所屬的晶體類型有分子晶體、金屬晶體和離子晶體；
（4）N、O、F3種元素位于同一周期，同一周期元素的電負性隨著原子序數增大而呈增大趨勢；
（5）Cu²⁺能與N的氫化物寫出配位數為4的配離子[Cu（NH₃）₄]²⁺，該配離子具有對稱的空間構型，且離子中的兩個NH₃被兩個Cl^-取代只能得到一種產物，則[Cu（NH₃）₄]²⁺的空間構型正四面體結構；
（6）X和Y形成的化合物的晶胞結構如圖所示，根據圖知，黑色球表示氟離子、白色球表示鈣離子，該晶胞中鈣離子個數=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，氟離子個數為8，其化學式為CaF₂，$V=\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{ρ}$．

解答 解：T基態原子2p能級有3個單電子，則T為N元素；
W基態原子p軌道上成對電子數等于未成對電子數，則W為O元素；
X氫化物常用語雕刻玻璃，則X為F元素；
Y基態原子核外電子分處6個不同能級，且每個能級均已排滿，則Y為Ca元素；
Z原子序數等于X與Y原子序數之和，則Z為原子序數為9+20=29，則Z為Cu元素；
（1）元素Y為Ca元素，其原子核外有20個電子，根據構造原理書寫其基態原子的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²（或[Ar]4s²），
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²（或[Ar]4s²）；
（2）42gN元素的單質物質的量=$\frac{42g}{28g/mol}$=1.5mol，一個氮氣分子中含有2個π鍵，則1.5mol氮氣中含有3molπ鍵，含有π鍵3N_A個；在N元素的最簡單氫化物分子中T原子價層電子對個數是4且含有1個孤電子對，根據構造原理判斷N原子的雜化類型為sp³，
A．陽離子核外電子數=質子總數-電荷數，N₅⁺電子數=5×7-1=34，故錯誤；
B．N₅⁺離子的結構為，N₅⁺陽離子中存在兩個氮氮三鍵，故正確；
C．N₅⁺ 離子中每個氮原子均滿足8電子且呈對稱結構，N₅⁺離子的結構為，中間N原子有2對孤對電子，邊上的兩個N原子分別含有1對孤電子對，所以有4對孤電子對，故錯誤；
D．N₃^-離子與二氧化碳分子核外等電子體，為直線形，故正確；
故答案為：3N_A；sp³；BD；
（3）在Cu單質的催化作用下由F₂和過量的NH₃反應得到N₅⁺N₃^-，根據反應物和生成物及反應條件書寫該反應的化學方程式為4NH₃+3F₂$\frac{\underline{\;Cu\;}}{\;}$NF₃+3NH₄F；在該反應方程式中的幾種物質所屬的晶體類型有分子晶體、金屬晶體和離子晶體，氨氣、氟氣和三氟化氮為分子晶體，氟化銨為離子晶體、Cu為金屬晶體，
故答案為：4NH₃+3F₂$\frac{\underline{\;Cu\;}}{\;}$NF₃+3NH₄F；acd；
（4）N、O、F3種元素位于同一周期，同一周期元素的電負性隨著原子序數增大而呈增大趨勢，所以電負性大小順序是F＞O＞N，故答案為：F＞O＞N；
（5）Cu²⁺能與N的氫化物寫出配位數為4的配離子[Cu（NH₃）₄]²⁺，該配離子具有對稱的空間構型，且離子中的兩個NH₃被兩個Cl^-取代只能得到一種產物，則[Cu（NH₃）₄]²⁺的空間構型正四面體結構，故答案為：正四面體；
（6）X和Y形成的化合物的晶胞結構如圖所示，根據圖知，黑色球表示氟離子、白色球表示鈣離子，該晶胞中鈣離子個數=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，氟離子個數為8，其化學式為CaF₂，$V=\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{ρ}$，則晶胞邊長a=$\root{3}{\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{ρ}}$=$\root{3}{\frac{312ρ}{{N}_{A}}}$cm，
故答案為：$\root{3}{\frac{312ρ}{{N}_{A}}}$．

點評 本題考查物質結構和性質，為高頻考點，涉及晶胞計算、微粒空間構型判斷、元素周期律、原子雜化方式判斷等知識點，綜合性較強，明確物質或微粒結構、元素周期律內涵、價層電子對互斥理論是解本題關鍵，同時考查學生分析判斷及計算能力，題目難度中等．