Question

17．已知A、B、C、D、E五種元素的原子序數依次遞增，A、B、C、D位于短周期．A是原子半徑最小的元素；B的基態原子中電子占據三種能量不同的原子軌道，且每種軌道中的電子總數相同；D原子的核外成對電子數是未成對電子數的3倍；E有“生物金屬”之稱，E⁴⁺和氬原子的核外電子排布相同．A、B、D三種元素組成的一種化合物M是新裝修居室中常含有的一種有害氣體，A、B兩種元素組成的原子個數之比為1：1的化合物N是常見的有機溶劑．
請回答下列問題（答題時，A、B、C、D、E用所對應的元素符號表示）：
（1）A₂D₂分子的電子式為，E的基態原子的外圍電子排布式為3d²4s²．
（2）B、C、D三種元素的第一電離能由小到大的順序為C＜O＜N．
（3）單質B與C的最高價氧化物的水化物的濃溶液微熱反應，其化學方程式為C+4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O
（4）下列敘述正確的是ad（填序號）．
a． M是極性分子，N是非極性分子       b． M和BD₂分子中的中心原子均采用sp²雜化
c． N分子中含有6個σ鍵和1個π鍵    d． BD₂晶體的熔點、沸點都比二氧化硅晶體的低
（5）已知：①E的一種氧化物Q，其晶胞結構如圖所示
①Q（s）+2Cl₂（g）═ECl₄（l）+D₂（g）△H=+140kJ/mol
②2B（s）+D₂（g）═2BD（g）△H=-221kJ/mol
寫出物質Q和焦炭、氯氣反應生成液態ECI₄和BD氣體的熱化學方程式：TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）=TiCl₄（l）+2CO（g）△H=-81kJ/mol
（6）在0.5L的密閉容器中，一定量的C₂和A₂進行如下化學反應：C₂（g）+3A₂（g）═2CA₃（g）△H＜0，其化學平衡常數K與溫度t的關系如下表．請回答下列問題．

t/℃	200	300	400
K	K1	K2	0.5

①試比較K₁，K₂的大小，K₁＞K₂（填寫“＞”、“=”或“＜”）．
②在400℃時，當測得CA₃和C₂、A₂的物質的量分別為3mol和1mol、2mol時，則該反應的 V（C_2）正＞（C₂）逆（填寫“＞”、“=”或“＜”）．

Answer 1

分析 A、B、C、D、E五種元素的原子序數依次遞增，A、B、C、D位于短周期．A是原子半徑最小的元素，則A為氫元素；B元素的基態原子中電子占據三種能量不同的原子軌道，且每種軌道中的電子總數相同，因此B的電子排布為1s²2s²2p²，即B為碳元素；D的基態原子的核外成對電子數是未成對電子數的3倍，則D的電子排布為1s²2s²2p⁴，即D為氧元素；B、C、D的原子序數依次遞增，因此C為N元素．A、B、D三種元素組成的一種化合物M是新裝修居室中常含有的一種有害氣體，因此M是甲醛．A、B兩種元素組成的原子個數之比為1：1的化合物N是常見的有機溶劑，則N是苯．E有“生物金屬”之稱，E⁴⁺和氬原子的核外電子排布相同，則E的原子序數為18+4=22，即E為鈦元素．

解答 解：A、B、C、D、E五種元素的原子序數依次遞增，A、B、C、D位于短周期．A是原子半徑最小的元素，則A為氫元素；B元素的基態原子中電子占據三種能量不同的原子軌道，且每種軌道中的電子總數相同，因此B的電子排布為1s²2s²2p²，即B為碳元素；D的基態原子的核外成對電子數是未成對電子數的3倍，則D的電子排布為1s²2s²2p⁴，即D為氧元素；B，、C、D的原子序數依次遞增，因此C為N元素．A、B、D三種元素組成的一種化合物M是新裝修居室中常含有的一種有害氣體，因此M是甲醛．A、B兩種元素組成的原子個數之比為1：1的化合物N是常見的有機溶劑，則N是苯．E有“生物金屬”之稱，E⁴⁺和氬原子的核外電子排布相同，則E的原子序數為18+4=22，即E為鈦元素．
（1）A₂D₂分子是H₂O₂，含有極性鍵和非極性鍵的共價化合物，其電子式為；Ti的原子序數為22，根據構造原理可知，其電子基態電子排布為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²，電子最后填充3d電子，則外圍電子排布為3d²4s²，
故答案為：；3d²4s²；
（2）B、C、D三種元素分別為C、N、O，同周期第一電離能自左而右具有增大趨勢，所以第一電離能O＞C．由于氮元素原子2p能級有3個電子，處于半滿穩定狀態，能量較低，第一電離能大于相鄰元素，所以B、C、D三種元素的第一電離能數值由小到大的順序為C＜O＜N，
故答案為：C＜O＜N；
（3）氮元素的最高價氧化物是硝酸，具有強氧化性，在加熱的條件下濃硝酸能氧化單質碳，反應的化學方程式是：C+4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O，
故答案為：C+4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O；
（4）a．甲醛是平面型結構，但由于甲醛分子中共價鍵的極性不能抵消，所以甲醛是極性分子，而苯是平面正六邊形結構，屬于非極性分子，故a正確；
b．化合物M為甲醛，碳原子的孤電子對數為0，碳原子的σ鍵數為3，則碳原子采取sp²雜化．CO₂是直線型結構，碳原子是sp雜化，故b錯誤；
c．苯分子中的碳碳鍵介于碳碳單鍵和碳碳雙鍵之間的一種獨特的鍵，所以苯分子中含有12個σ鍵和1個大π鍵，故c錯誤；
d．CO₂形成晶體類型是分子晶體，而二氧化硅是原子晶體，所以CO₂晶體的熔點、沸點都比二氧化硅晶體的低，故d正確，
故選：ad；
（5）根據晶胞的結構可知，晶胞中含有Ti原子的個數=1+8×$\frac{1}{8}$=2，氧原子個數=2+4×$\frac{1}{2}$=4，所以Q的化學式是TiO₂．根據蓋斯定律可知，①+②即得到反應TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）=TiCl₄（l）+2CO（g），所以該反應的反應熱△H=+140kJ/mol-221kJ/mol=-81kJ/mol，
反應熱化學方程式為：TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）=TiCl₄（l）+2CO（g）△H=-81kJ/mol，
故答案為：TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）=TiCl₄（l）+2CO（g）△H=-81kJ/mol；

（6）①合成氨反應是放熱反應，所以升高溫度平衡向逆反應方向移動，因此平衡常數減小，即K₁＞K₂，
故答案為：＞；
②當測得CA₃和C₂、A₂的物質的量分別為3mol和1 mol、2 mol時，它們的濃度分別是6mol/L、2mol/L、4mol/L，則根據平衡常數表達式可知，此時$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{{c}^{3}（{H}_{2}）×c（{N}_{2}）}$=$\frac{{6}^{2}}{{4}^{3}×2}$=$\frac{9}{32}$＜0.5，所以反應向正反應方向移動，即氮氣正反應速率大于氮氣逆反應速率，
故答案為：＞．

點評 本題考查元素周期表的結構和元素周期律的應用、核外電子排布、第一電離能、分子的空間構型、化學鍵以及晶體的有關判斷和計算、反應熱的計算、平衡常數的應用和外界條件對平衡狀態的影響等，題目比較綜合，是對學生綜合能力的考查，難度中等．