Question

A—I为原子序数递增的前4周期的元素，已知A原子的最外层电子是次外层电子数的2倍，D为周期表中电负性最大的元素，F与C位于同一主族，E与Ｇ在周期表的位置是上下相连，两元素所在主族中所有元素都是金属，H为应用最广泛的金属；I处于周期表中的第二副族。请回答下列问题：（以下问题中的所有原子都必须在上述元素中寻找）

（1）Ｂ单质分子中σ与π键数目比为　　　　　　　B、C、D第一电离能由小到大的顺序为                      （填写元素符号）

（2）H元素原子的价层电子排布式为              ，H³⁺离子可以与上述元素中的三种形成的某阴离子生成血红色络合物；该阴离子又与A—Ｉ元素中的某些原子形成的分子互为等电子体，这种分子的化学式为          （写一种即可），该阴离子空间构型为      。

（3）D与Ｇ可以形成右图的晶胞，则黑点表示的是      元素（填写元素符号），该元素原子在该晶胞中的配位数为           

（4）若将上述晶胞圆圈对应的原子所在上下两层平面原子，按两条相互垂直的对角线上各去掉该原子2个（共去掉4个），并将小点和圆圈对应的元素更改为另外两种元素，则这个晶胞化学式为        ，若再将留下的所有原子换成另外一种新元素的原子，则成为另外一种晶胞，该晶胞中成键原子键角为                  。

（5）已知，F单质晶体的原子堆积为ABAB型，那么，该晶体的空间利用率为       如果F单质的摩尔质量为M，晶胞棱长为a，晶胞高度为c则，该晶体密度表达式为          。（阿伏加德罗常数用N_A表示，不化简）如果F的原子半径为R，用R表示的晶胞高度为              。

Answer 1

【知识点】核外电子排布、电离能、晶胞结构 E1  E4  E5

【答案解析】（1）１:２（1分）  ＯＮＦ（1分）

（2）3d⁶4s²  （1分）   CO₂（CS₂  N₂O）等合理答案都可以（1分）直线形（1分）

（3）Ca  （1分） 8   （1分）   （4）ZnS （2分）  109^o28′（1分）

（5）74%   （1分）；  （2分）     （2分）

解析：A-I为原子序数递增的前4周期的元素，已知A原子的最外层电子是次外层电子数的2倍，则A原子只能有2个电子层，最外层电子数为4，则A为碳元素；D为周期表中电负性最大的元素，则D为氟元素；H为应用最广泛的金属，则H为Fe；I处于周期表中的第二副族，则I为Zn．E与G在周期表的位置是上下相连，两元素所在主族中所有元素都是金属，结合原子序数可知，处于ⅡA族，E为Mg、G为Ca；结合原子序数可知，B为N元素、C为O元素；F与C位于同一主族，F的原子序数小于Ca，则F为S元素，
（1）B单质为N₂，分子中形成N≡N三键，含有1个σ键、2个π键，σ与π键数目比为1：2；同周期随原子序数增大第一电离能呈增大趋势，但N元素2p能级为半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于氧元素，故N、O、F第一电离能由小到大的顺序为O＜N＜F；
（2）H为Fe元素，原子的价层电子排布式为3d⁶4s²，Fe³⁺离子可以与上述元素中的三种形成的某阴离子生成血红色络合物，该阴离子为SCN^-，又与A-I元素中的某些原子形成的分子互为等电子体，等电子体含有相同的原子数目与价电子总数，该分子为CO₂等，价电子总数相同的等电子体空间结构相似，故SCN^-与CO₂的空间结构相似为直线型；
（3）F与Ca可以形成CaF₂，其晶胞中黑色球数=4    白色球数目=8，故黑色球代表Ca元素，由晶胞结构可知，应该F原子周围有4个Ca原子，即F原子配位数为4，则该Ca原子在该晶胞中的配位数为8，（4）若将上述晶胞圆圈对应的原子所在上下两层平面原子，按两条相互垂直的对角线上各去掉该原子2个（共去掉4个），则圆圈数目为4，黑色球数目晶胞中原子数目为1：1，并将小点和圆圈对应的元素更改为另外两种元素，符合ZnS的立方结构，则这个晶胞化学式为ZnS，
若再将留下的所有原子换成另外一种新元素的原子，则成为另外一种晶胞，由晶胞结构（类似金刚石结构）可知，每个原子周围连接4个原子，形成正四面体型，该晶胞中成键原子键角为109°28′，

5）已知，S单质晶体的原子堆积为ABAB型，为六方最密堆积，晶胞如图：，
D、C′、A′、B′彼此原子相邻，构成正四面体结构，晶胞的高度为该正四面体高的2倍，如果F的原子半径为R，则DA′长为2R，正四面体的高DM，M为正三角形A′B′C′的中心，则A′M的长为,则DM的长=,

故晶胞的高度=;S（△A′B′C′）=,故底面面积为,晶胞的体积=,晶胞中含有原子数目为1+8×1/8=2

，故原子总体积=2×4/3×πR³，故晶胞空间利用率=;
如果F单质的摩尔质量为M，晶胞的质量=2M/N_A,晶胞棱长为a，则S（△A′B′C′）=1/2a×a×sin60°=1/2a²sin60°，故底面面积为a²sin60°，晶胞高度为c，则晶胞体积=ca²sin60°，故晶体密度

【思路点拨】

本题考查物质结构与性质，涉及核外电子排布、电离能、晶胞结构与计算等，题目计算量大，对学生的空间想象与数学计算有较高的要求，（4）（5）为易错点、难点