Question

2．A、B、C、D四種常見元素信息如下：常溫下，A元素的單質是第二周期主族元素形成的氣體單質中最穩定的單質；B元素原子的M層有1對成對的p電子；C元素原子核外電子排布為[Ar]3d₆4s^x，有+2、+3兩種常見化合價；D原子核外電子有6種不同的運動狀態，s軌道電子數是p軌道電子數的兩倍．
（1）C³⁺在基態時，核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵．
（2）A元素與D元素的電負性大小關系為N＞C （用元素符號表示）．
（3）B元素的低價氧化物分子中心原子的雜化方式為sp²，B與D形成DB₂分子的空間構型為直線型．
（4）已知DA^-與A₂結構相似，則HDA分子中б鍵與π鍵數目之比為1：1．
（5）D元素最高價氧化物的熔點比同主族相鄰元素最高價氧化物的熔點低，其原因是晶體類型不同，二氧化碳形成分子晶體，二氧化硅形成原子晶體．
（6）E的原子序數比C大3．
①已知氧元素和E能形成晶胞如圖1的兩種化合物，化合物甲的化學式為CuO；高溫時，甲易轉化為乙的原因為CuO中Cu²⁺外圍電子排布為3d⁹，而Cu₂O中Cu⁺外圍電子排布為3d¹⁰，屬于穩定結構．

②E晶體的堆積方式如圖2示，設E原子的半徑為r cm，阿伏加德羅常數用N_A表 示，則晶胞中E原子的配位數為12，E晶體的密度為$\frac{16}{\sqrt{2}{r}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3（要求寫表達式，可以不化簡）．

Answer 1

分析 常溫下，A元素的單質是第二周期主族元素形成的氣體單質中最穩定的單質，則A為N元素；B原子的M層有1對成對的p電子，外圍電子排布為3s²3p⁴，則B為S元素；C原子核外電子排布為[Ar]3d⁶4s^x，有+2、+3兩種常見化合價，則C為Fe；D原子核外電子有6種不同的運動狀態，s軌道電子數是p軌道電子數的兩倍，則B原子核外有6個電子，則B為C元素，
（1）C為Fe元素，Fe³⁺在基態時核外23個電子；
（2）同周期隨原子序數增大第一電離能呈增大趨勢，N元素2p軌道容納3個電子，處于半滿穩定狀態，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素；
（3）根據SO₂中S原子的價層電子對數判斷；S元素與C元素形成分子為CS₂，與二氧化碳空間構型相同；
（4）根據HCN分子的結構式判斷；
（5）二氧化碳形成分子晶體，二氧化硅形成原子晶體；
（6）E的原子序數比Fe大3，則E為Cu元素，
①利用均攤法計算；外圍電子排布排布分析物質的穩定性；
②由Cu晶體的堆積方式可知，為面心立方密堆積，以頂角Cu原子研究，與之最近的Cu原子處于面心，每個頂點為12個面共用，故晶胞中Cu原子的配位數為12，晶胞中Cu原子數目=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，Cu原子半徑為r，晶胞棱長=4r×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=2$\sqrt{2}$r，故晶胞體積=（2$\sqrt{2}$r）³=16$\sqrt{2}$r³，根據ρ=$\frac{m}{V}$計算．

解答 解：常溫下，A元素的單質是第二周期主族元素形成的氣體單質中最穩定的單質，則A為N元素；B原子的M層有1對成對的p電子，外圍電子排布為3s²3p⁴，則B為S元素；C原子核外電子排布為[Ar]3d⁶4s^x，有+2、+3兩種常見化合價，則C為Fe；D原子核外電子有6種不同的運動狀態，s軌道電子數是p軌道電子數的兩倍，則B原子核外有6個電子，則B為C元素；
（1）C為Fe元素，Fe³⁺在基態時，核外電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵；
（2）同周期隨原子序數增大第一電離能呈增大趨勢，N元素2p軌道容納3個電子，處于半滿穩定狀態，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素，故第一電離能由大到下的順序為N＞C；
故答案為：N＞C；
（3）S元素的低價氧化物為SO₂，分子中S原子價層電子對數=2+$\frac{1}{2}$（6-2×2）=3，S原子采取sp²雜化；S元素與C元素形成分子為CS₂，與二氧化碳互為等電子體，結構式為S=C=S，空間構型為直線型，
故答案為：sp²；直線型；
（4）HCN分子的結構式為H-C≡N中含有2個σ鍵和2個π鍵，所以其數目之比為1：1；
故答案為：1：1；
（5）二氧化碳形成分子晶體，二氧化硅形成原子晶體，故二氧化碳晶體熔點比較二氧化硅低，
故答案為：晶體類型不同，二氧化碳形成分子晶體，二氧化硅形成原子晶體；
（6）E的原子序數比Fe大3，則E為Cu元素，
①甲中Cu原子數目為4，氧原子數目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，化學式為CuO，乙中Cu原子數目為4，氧原子數目為1+8×$\frac{1}{8}$=2，化學式為Cu₂O，Cu²⁺外圍電子排布為3d⁹，而Cu⁺外圍電子排布為3d¹⁰，屬于穩定結構，故高溫下CuO可以轉化為Cu₂O；
故答案為：CuO；CuO中Cu²⁺外圍電子排布為3d⁹，而Cu₂O中Cu⁺外圍電子排布為3d¹⁰，屬于穩定結構；
②由Cu晶體的堆積方式可知，為面心立方密堆積，以頂角Cu原子研究，與之最近的Cu原子處于面心，每個頂點為12個面共用，故晶胞中Cu原子的配位數為12，晶胞中Cu原子數目=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，Cu原子半徑為r，晶胞棱長=4r×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=2$\sqrt{2}$r，故晶胞體積=（2$\sqrt{2}$r）³=16$\sqrt{2}$r³，
故晶胞的密度ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{4×64}{{N}_{A}}}{16\sqrt{2}{r}^{3}}$=$\frac{16}{\sqrt{2}{r}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3，
故答案為：12；$\frac{16}{\sqrt{2}{r}^{3}{N}_{A}}$．

點評 題是對物質結構的考查，涉及核外電子排布、電離能、分子結構、晶體類型與性質、晶胞結構與計算等，側重對基礎知識的綜合應用的考查，（6）中解題的關鍵是計算晶胞的體積，題目難度中等．