Question

4．在元素周期表前四周期原子序數依次增大的六種元素A、B、C、D、E、F中，A與其余五種元素既不同周期也不同主族，B的一種核素在考古時常用來鑒定一些文物的年代，C的氧化物是導致酸雨的主要物質之一，D原子核外電子有8種不同的運動狀態，E的基態原子在前四周期元素的基態原子中單電子數最多，F元素的基態原子最外能層只有一個電子，其它能層均已充滿電子．
（1）寫出基態E原子的價電子排布式3d⁵4s¹．
（2）B、C、D三元素第一電離能由小到大的順序為C＜O＜N（用元素符號表示）；A與C形成CA₃型分子，分子中C原子的雜化類型為sp³，分子的立體結構為三角錐形；C的單質與 BD化合物是等電子體，據等電子體的原理，寫出BD化合物的電子式； A₂D由液態形成晶體時密度減小，其主要原因水形成晶體時，每個水分子與4個水分子形成氫鍵，構成空間正四面體網狀結構，水分子空間利用率低，密度反而減小（用文字敘述）．
（3）已知D、F能形成一種化合物，其晶胞的結構如圖所示，則該化合物的化學式Cu₂O；若相鄰D原子和F原子間的距離為acm，阿伏伽德羅常數為N_A，則該晶體的密度為$\frac{27\sqrt{3}}{2{a}^{3}{N}_{A}}$g/cm³（用含a、N_A的符號表示）．

Answer 1

分析 在元素周期表前四周期中原子序數依次增大的六種元素A、B、C、D、E、F中，B的一種核素在考古時常用來鑒定一些文物的年代，則B為碳元素，D原子核外電子有8種不同的運動狀態，則D為氧元素，C的氧化物是導致酸雨的主要物質之一，且C的原子序數小于D，所以C為氮元素，E的基態原子在前四周期元素的基態原子中單電子數最多，其原子外圍電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹，則E為鉻元素，F元素的基態原子最外能層只有一個電子，其它能層均已充滿，則F原子外圍電子排布為3d¹⁰4s¹，所以F為銅元素，A與其余五種元素既不同周期也不同主族，所以A為氫元素，據此答題．

解答 解：在元素周期表前四周期中原子序數依次增大的六種元素A、B、C、D、E、F中，B的一種核素在考古時常用來鑒定一些文物的年代，則B為碳元素，D原子核外電子有8種不同的運動狀態，則D為氧元素，C的氧化物是導致酸雨的主要物質之一，且C的原子序數小于D，所以C為氮元素，E的基態原子在前四周期元素的基態原子中單電子數最多，其原子外圍電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹，則E為鉻元素，F元素的基態原子最外能層只有一個電子，其它能層均已充滿，則F原子外圍電子排布為3d¹⁰4s¹，所以F為銅元素，A與其余五種元素既不同周期也不同主族，所以A為氫元素．
（1）E為鉻元素，基態E原子的價電子排布為3d⁵4s¹，故答案為：3d⁵4s¹；
（2）C、O、N元素都是第二周期非金屬元素，同一周期元素自左而右第一電離能呈增大趨勢，但N元素原子2p能級是半滿穩定狀態，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素，故第一電離能：C＜O＜N；
A與C形成NH₃型分子，分子中N原子形成3個N-H、含有1對孤對電子，故N原子雜化類型為sp³，分子的立體結構為三角錐形；
C的單質為N₂，化合物CO是等電子體，二者結構相似，CO分子中C原子與O原子之間形成三對共用電子對，故CO的電子式為；
H₂O形成晶體時，每個水分子與4個水分子形成氫鍵，構成空間正四面體網狀結構，水分子空間利用率低，密度反而減小，
故答案為：C＜O＜N；sp³；三角錐形；；水形成晶體時，每個水分子與4個水分子形成氫鍵，構成空間正四面體網狀結構，水分子空間利用率低，密度反而減小；
（3）根據晶胞的結構圖可知，晶胞中含有氧原子數為1+8×$\frac{1}{8}$=2，銅原子數為4，所以該化合物的化學式為Cu₂O，晶胞質量為（4×$\frac{64}{{N}_{A}}$+2×$\frac{16}{{N}_{A}}$）g，若相鄰氧原子和銅原子間的距離為a cm，則晶胞的體對角線為4acm，所以邊長為$\frac{4a}{\sqrt{3}}$cm，所以體積為（$\frac{4a}{\sqrt{3}}$）³cm³，該晶體的密度為（4×$\frac{64}{{N}_{A}}$+2×$\frac{16}{{N}_{A}}$）g÷（$\frac{4a}{\sqrt{3}}$）³cm³=$\frac{27\sqrt{3}}{2{a}^{3}{N}_{A}}$g/cm³，
故答案為：Cu₂O；$\frac{27\sqrt{3}}{2{a}^{3}{N}_{A}}$．

點評 本題是對物質結構的考查，涉及核外電子排布、電離能、雜化軌道、等電子體、氫鍵度物質性質的影響、晶胞的計算等，中等難度，元素推斷是解題的關鍵，需要學生具備扎實的基礎，（3）中注意利用均攤法計算晶胞質量，關鍵是計算晶胞體積．