Question

10．已知A、B、C、D、E、F、G为前四周期中常见元素，且原子序数依次增大．A的原子半径最小，B的基态原子L层电子数是K层电子数的2倍，D的基态原子最外层电子排布式为nsⁿnpⁿ⁺²，E为周期表中电负性最大的元素，F元素有多种化合价，它的一种氢氧化物在空气中易被氧化且最终变为红褐色，G与F同族且原子序数比F大2．回答下列问题：
（1）写出基态F原子的电子排布式1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，其中含有7种能量不同的电子．
（2）CE₃和CA₃均是三角锥形分子，键角分别为102°和107.3°，则C原子的杂化方式为sp³，其中CE₃的键角比CA₃的键角小的原因是NF₃中成键电子对偏向F原子，NH₃中成键电子对偏向N原子，成键电子对与成键电子对之间的斥力作用前者小于后者．
（3）B、C、D三种元素形成的一种粒子与二氧化碳分子互为等电子体，其化学式为CNO^-．
（4）G单质晶体中原子的堆积方式如图所示（为面心立方最密堆积），则晶胞中G原子的配位数为12．若G原子半径为r cm，则G原子所形成的最小正四面体空隙中，能填充的粒子的最大直径为（2$\sqrt{2}$-2 ）rcm（用r表示）．

Answer 1

分析 A、B、C、D、E、F、G为前四周期中常见元素，且原子序数依次增大．B的基态原子L层电子数是K层电子数的2倍，L层电子数为4，则B为碳元素；A的原子半径最小，则A为H元素；D的基态原子最外层电子排布式为nsⁿnpⁿ⁺²，s能级容纳2个电子且P轨道容纳电子，则n=2，故D为O元素；C的原子序数介于碳、氧之间，故C为N元素；E为周期表中电负性最大的元素，则E为氟元素；F元素有多种化合价，它的一种氢氧化物在空气中易被氧化且最终变为红褐色，则F为Fe；G与F同族且原子序数比F大2，则G为Ni．

解答 解：A、B、C、D、E、F、G为前四周期中常见元素，且原子序数依次增大．B的基态原子L层电子数是K层电子数的2倍，L层电子数为4，则B为碳元素；A的原子半径最小，则A为H元素；D的基态原子最外层电子排布式为nsⁿnpⁿ⁺²，s能级容纳2个电子且P轨道容纳电子，则n=2，故D为O元素；C的原子序数介于碳、氧之间，故C为N元素；E为周期表中电负性最大的元素，则E为氟元素；F元素有多种化合价，它的一种氢氧化物在空气中易被氧化且最终变为红褐色，则F为Fe；G与F同族且原子序数比F大2，则G为Ni．
（1）F为Fe，原子的电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，其中含有7种能量不同的电子，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²；7；
（2）NF₃和NH₃均是三角锥形分子，键角分别为102°和107.3°，为三角锥形结构，则N原子的杂化方式为sp³，其中NF₃的键角比NH₃的键角小的原因：NF₃中成键电子对偏向F原子，NH₃中成键电子对偏向N原子，成键电子对与成键电子对之间的斥力作用前者小于后者，
故答案为：sp³；NF₃中成键电子对偏向F原子，NH₃中成键电子对偏向N原子，成键电子对与成键电子对之间的斥力作用前者小于后者；
（3）C、N、O三种元素形成的一种粒子与二氧化碳分子互为等电子体，其化学式为CNO^-，
故答案为：CNO^-；
（4）G单质晶体中原子为面心立方最密堆积，以顶点原子为研究对象，与之相邻的原子处于面心，每个顶点为8个晶胞共用，每个面心为2个晶胞共用，则晶胞中G原子的配位数为$\frac{3×8}{2}$=12．若G原子半径为r cm，则晶胞边长为$\frac{\sqrt{2}}{2}$×4r cm=2$\sqrt{2}$r cm，则G原子所形成的最小正四面体空隙中，能填充的粒子的最大直径为（ 2$\sqrt{2}$r cm-2r cm）=（2$\sqrt{2}$-2 ）r cm，
故答案为：12；（2$\sqrt{2}$-2 ）r．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、价层电子对互斥理论、等电子体、晶胞结构与计算等，是对物质结构主干知识的考查，需要学生具备一定空间想象与数学计算能力，难度中等．