Question

7．黑火藥是我國古代四大發明之一，它的爆炸反應為：2KNO₃+3C+S═K₂S+N₂↑+3CO₂↑（已配平） 
（1）除S外，上列元素的第一電離能從大到小依次為N＞O＞C＞K；
（2）生成物中，K₂S的電子式為；含極性共價鍵的分子的中心原子軌道雜化類型sp；
（3）已知CN^-與N₂結構相似，推算HCN分子中σ鍵與π鍵數目之比為1：1
（4）S的基態原子價層電子排布式為3s²3p⁴，S的一種化合物ZnS在熒光體、光導體材料、涂料、顏料等行業中應用廣泛．立方ZnS晶體結構如下圖所示，其晶胞邊長為540.0pm，密度為4.1g•cm³（列式并計算），a位置S^2-離子與b位置Zn²⁺離子之間的距離為$\frac{270}{\sqrt{1-cos109°28′}}$pm．

Answer 1

分析 （1）同一周期元素，元素第一電離能隨著原子序數增大而呈增大趨勢，但第IIA族、第VA族元素第一電離能大于其相鄰元素，同一主族元素，元素第一電離能隨著原子序數增大而減小；
（2）K₂S中鉀離子和硫離子之間存在離子鍵，為離子化合物；生成物中含有極性共價鍵的分子是二氧化碳分子，該分子中C原子價層電子對個數是2且不含孤電子對，根據價層電子對互斥理論判斷C原子雜化類型；（3）CN^-與N₂結構相似，C原子與N原子之間形成三鍵，則HCN分子結構式為H-C≡N，三鍵中含有1個σ鍵、2個π鍵，單鍵屬于σ鍵；
（4）S原子3s、3p電子為其價電子，根據構造原理書寫S原子價電子排布式；該晶體中S^2-個數=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，Zn²⁺個數=4，該晶胞中a、b離子個數之比=4：4=1：1，其密度=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{V}$；
每個黑色小球連接4個白色小球，構成正四面體結構，白球和黑球之間的夾角為109°28′，兩個白球之間的距離=270$\sqrt{2}$pm，設S^2-離子與Zn²⁺離子之間的距離為x，2x²-2x²cos109°28′=（270$\sqrt{2}$）²，據此計算x．

解答 解：（1）同一周期元素，元素第一電離能隨著原子序數增大而呈增大趨勢，但第IIA族、第VA族元素第一電離能大于其相鄰元素，同一主族元素，元素第一電離能隨著原子序數增大而減小，所以這幾種元素第一電離能大小順序是N＞O＞C＞K，
故答案為：N＞O＞C＞K；    
（2）K₂S中鉀離子和硫離子之間存在離子鍵，為離子化合物，電子式為；生成物中含有極性共價鍵的分子是二氧化碳分子，該分子中C原子價層電子對個數是2且不含孤電子對，根據價層電子對互斥理論判斷C原子雜化類型為sp，
故答案為：； sp；
（3）CN^-與N₂結構相似，C原子與N原子之間形成三鍵，則HCN分子結構式為H-C≡N，三鍵中含有1個σ鍵、2個π鍵，單鍵屬于σ鍵，故HCN分子中σ鍵與π鍵數目之比為2：2=1：1，
故答案為：1：1；
（4）S原子3s、3p電子為其價電子，根據構造原理書寫S原子價電子排布式為3s²3p⁴；該晶體中S^2-個數=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，Zn²⁺個數=4，該晶胞中a、b離子個數之比=4：4=1：1，
該晶胞的邊長為540.0pm=5.4×10^-8cm，則體積為1.57×10^-22cm³，該物質的密度$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{V}$=$\frac{\frac{（65+32）×4}{{N}_{A}}}{1.57×1{0}^{-22}}$g/cm³=4.1g/cm³；
每個黑色小球連接4個白色小球，構成正四面體結構，白球和黑球之間的夾角為109°28′，兩個白球之間的距離=270$\sqrt{2}$pm，設S^2-離子與Zn²⁺離子之間的距離為x，2x²-2x²cos109°28′=（270$\sqrt{2}$）²，x=$\sqrt{\frac{（270\sqrt{2}）^{2}}{2（1-cos109°28′）}}$pm=$\frac{270}{\sqrt{1-cos109°28′}}$pm，
故答案為：3s²3p⁴；4.1；$\frac{270}{\sqrt{1-cos109°28′}}$．

點評 本題考查物質結構和性質，為高頻考點，涉及晶胞計算、電子式的書寫、原子核外電子排布、原子雜化類型判斷等知識點，側重考查學生分析計算及知識綜合運用能力，難點是晶胞計算，題目難度中等．