Question

14．已知A、B、C、D、E、F為周期表中的前四周期元素，且核電荷數依次增大．其中A原子核外的電子有1種運動狀態，B的s能級電子數是p能級的2倍，D、E為同主族元素，且E的原子序數為D的2倍，B和F可形成最常見且最常用的合金．試回答下列問題：
（1）F有價態不同的兩種簡單離子，其高價離子的M層電子排布式為3s²3p⁶3d⁵．
（2）B、C、D三種元素原子的第一電離能大小順序是N＞O＞C．
（3）B和D形成的一種三原子分子與C和D形成的一種化合物互為等電子體，則滿足上述條件的C和D形成的化合物的化學式是N₂O．
（4）下列說法正確的有BCD
A．每個B₂A₂分子中σ鍵和π鍵數目比為1：1
B．A、C、D三種元素共同可形成不同晶體類型的化合物
C．化合物B₂A₄是由極性鍵和非極性鍵形成的非極性分子
D．B、C、D三種元素的基態原子具有相同的能層和能級
（5）D的氫化物比E的氫化物沸點高，其主要原因是水分子之間存在氫鍵；E的氫化物的價層電子對互斥模型為四面體，E原子的雜化方式為sp³雜化．
（6）F單質的晶體在不同溫度下有兩種堆積方式，如圖所示：

在面心立方晶胞中F原子的配位數為12； 若面心立方晶胞和體心立方晶胞的棱長分別為acm、bcm，則F單質的面心立方晶胞和體心立方晶胞的密度之比為2b³：a³．

Answer 1

分析 前四周期元素中，A原子核外的電子有1種運動狀態，則A為H元素；B的s能級電子數是p能級的2倍，原子核外電子排布式為1s²2s²2p²，則B為C元素；D、E為同主族元素，且E的原子序數為D的2倍，則D為O元素、E為S元素；C原子序數介于碳、氧之間，則C為N元素；B和F可形成最常見且最常用的合金，則F為Fe．
（1）Fe元素高價離子為Fe³⁺，Fe原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，失去4s能級2個電子、3d能級1個電子形成Fe³⁺；
（2）同周期元素第一電離能隨著原子序數增大而呈增大趨勢，但氮元素原子2p能級為半滿穩定狀態，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素的；
（3）C和O形成的一種三原子分子為CO₂，原子數目相等、價電子總數相等的微粒互為等電子體；
（4）A．每個C₂H₂分子結構式為H-C≡C-H；
B．H、N、O三種元素可以可以形成硝酸銨、硝酸等；
C．化合物C₂H₄是對稱結構，屬于非極性分子，碳原子之間形成非極性鍵、C原子與H原子之間形成極性鍵；
D．B、C、D分別為C、B、O，三種元素的基態原子具有相同的能層和能級；
（5）D、E的氫化物分別為H₂O、H₂S，水分子之間存在氫鍵，沸點高于硫化氫的，H₂S分子中S原子價層電子對數為2+$\frac{6-1×2}{2}$=4；
（6）在面心立方晶胞中，以頂點F原子研究與之相鄰的原子處于面心，每個頂點為8個晶胞共用，每個面心為兩個晶胞共用；
根據均攤法計算面心立方晶胞、體心立方晶胞中F原子數目，進而計算晶胞質量之比，再根據ρ=$\frac{m}{V}$計算密度之比．

解答 解：前四周期元素中，A原子核外的電子有1種運動狀態，則A為H元素；B的s能級電子數是p能級的2倍，原子核外電子排布式為1s²2s²2p²，則B為C元素；D、E為同主族元素，且E的原子序數為D的2倍，則D為O元素、E為S元素；C原子序數介于碳、氧之間，則C為N元素；B和F可形成最常見且最常用的合金，則F為Fe．
（1）Fe元素高價離子為Fe³⁺，Fe³⁺的M層電子排布式為3s²3p⁶3d⁵，
故答案為：3s²3p⁶3d⁵；
（2）同周期元素第一電離能隨著原子序數增大而呈增大趨勢，但氮元素原子2p能級為半滿穩定狀態，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素的，故第一電離能N＞O＞C，
故答案為：N＞O＞C；
（3）C和O形成的一種三原子分子為CO₂，與N和O形成的一種化合物互為等電子體，則滿足上述條件的N和O形成的化合物的化學式是：N₂O，
故答案為：N₂O；
（4）A．每個C₂H₂分子中含有3個σ鍵、2個π鍵，故A錯誤；
B．H、N、O三種元素可以可以形成硝酸銨、硝酸等，前者屬于離子化合物，后者屬于共價化合物，故B正確；
C．化合物C₂H₄是對稱結構，屬于非極性分子，碳原子之間形成非極性鍵、C原子與H原子之間形成極性鍵，故C正確；
D．B、C、D分別為C、B、O，三種元素的基態原子具有相同的能層和能級，故D正確，
故選：BCD；
（5）D、E的氫化物分別為H₂O、H₂S，水分子之間存在氫鍵，沸點高于硫化氫的，H₂S分子中S原子價層電子對數為2+$\frac{6-1×2}{2}$=4，價層電子對互斥模型為四面體形，S原子的雜化方式為sp³雜化，
故答案為：水分子之間存在氫鍵；四面體；sp³雜化；
（6）在面心立方晶胞中，以頂點F原子研究與之相鄰的原子處于面心，每個頂點為8個晶胞共用，每個面心為兩個晶胞共用，故F的配位數為$\frac{3×8}{2}$=12；
面心立方晶胞中F原子數目為8×$\frac{1}{2}$+6×$\frac{1}{2}$=4，體心立方晶胞中F原子數目為1+8×$\frac{1}{8}$=2，則晶胞質量之比為2：1，面心立方晶胞和體心立方晶胞棱長分別為acm、bcm，則F單質的面心立方晶胞和體心立方晶胞的密度之比為：$\frac{2}{{a}^{3}}$：$\frac{1}{{b}^{3}}$=2b³：a³，
故答案為：12；2b³：a³．

點評 本題是對物質結構與性質的考查，涉及核外電子排布、電離能、化學鍵、等電子體、價層電子對互斥理論、雜化方式、氫鍵、晶胞計算等，是對物質結構主干知識的綜合考查，需要學生具備扎實的基礎，注意同周期第一電離能異常情況．