Question

15．前四周期原子序数依次增大的六种元素A、B、C、D、E、F中，A、B属于同一短周期元素且相邻，A元素所形成的化合物种类最多，C、D、E、F是位于同一周期的金属元素，基态C、F原子的价电子层中未成对电子均为1个，且C、F原子的电子数相差为10，基态D、E原子的价电子层中未成对电子数分别为4、2，且原子序数相差为2．
（1）六种元素中第一电离能最小的是K （填元素符号，下同），电负性最大的是N．
（2）黄血盐是由A、B、C、D四种元素形成的配位化合物C₄[D（AB）₆]，易溶于水，广泛用作食盐添加剂（抗结剂）．请写出黄血盐的化学式K₄[Fe（CN）₆]，1mol AB^-中含有π键的数目为2N_A，黄血盐晶体中各种微粒间的作用力不涉及def （填序号）．
a．离子键   b．共价键   c．配位键   d．金属键   e．氢键   f．分子间的作用力
（3）E²⁺的价层电子排布图为，很多不饱和有机物在E催化下可与H₂发生加成反应：如①CH₂=CH₂、②HC≡CH、③$\sqrt{2}$、④HCHO．其中碳原子采取sp²杂化的分子有①③④（填物质序号），HCHO分子的立体结构为平面三角 形，它加成产物的熔、沸点比CH₄的熔、沸点高，其主要原因是（须指明加成产物是何物质）加成产物CH₃OH分子之间能形成氢键．
（4）金属C、F晶体的晶胞结构如图（请先判断对应的图），C、F两种晶体晶胞中金属原子的配位数之比为2：3．金属C的晶胞中，若设该晶胞的密度为a g/cm³，阿伏加德罗常数的值为N_A，C原子的摩尔质量为M，则表示C原子半径的计算式为$\frac{\sqrt{3}}{4}\root{3}{\frac{2M}{{aN}_{A}}}$cm．

Answer 1

分析 前四周期原子序数依次增大的六种元素A、B、C、D、E、F中，A、B属于同一短周期元素且相邻，A元素所形成的化合物种类最多，则A为碳元素、B为N元素；C、D、E、F是位于同一周期的金属元素，只能处于第四周期，基态C、F原子的价电子层中未成对电子均为1个，且C、F原子的电子数相差为10，可推知C为K、F为Cu，基态D、E原子的价电子层中未成对电子数分别为4、2，且原子序数相差为2，D、E价电子排布分别为3d⁶4s²，3d⁸4s²，故D为Fe、E为Ni，据此解答．
（1）金属性越强，其第一电离能最小，非金属性越强电负性越大；
（2）黄血盐的化学式K₄[Fe（CN）₆]，CN^-与氮气互为等电子体，CN^-中存在C≡N三键，黄血盐晶体中含有离子键、配位键、共价键；
（3）Ni²⁺的价层电子排布式为3d⁸，据此书写价电子排布图；
确定C原子价层电子对数、孤电子对，判断C原子杂化方式、HCHO分子的立体结构，甲醛与氢气的加成产物为甲醇，甲醇分子之间形成氢键，其熔、沸点比CH₄的高；
（4）金属K晶体为体心立方堆积，晶胞结构为图Ⅰ，晶胞中K原子配位数为8，金属Cu晶体为面心立方最密堆积，晶胞结构为图Ⅱ，以顶点Cu原子研究与之最近的原子位于面心，每个顶点Cu原子为12个面共用，晶胞中Cu原子配位数为12；
利用均摊法计算金属K的晶胞中K原子数目，进而计算晶胞质量，根据V=$\frac{m}{ρ}$计算晶胞体积，可得晶胞棱长，设K原子半径为r，则晶胞体对角线长度=4r，利用体对角线与棱长关系列方程计算解答．

解答 解：前四周期原子序数依次增大的六种元素A、B、C、D、E、F中，A、B属于同一短周期元素且相邻，A元素所形成的化合物种类最多，则A为碳元素、B为N元素；C、D、E、F是位于同一周期的金属元素，只能处于第四周期，基态C、F原子的价电子层中未成对电子均为1个，且C、F原子的电子数相差为10，可推知C为K、F为Cu，基态D、E原子的价电子层中未成对电子数分别为4、2，且原子序数相差为2，D、E价电子排布分别为3d⁶4s²，3d⁸4s²，故D为Fe、E为Ni，
（1）六种元素中K的金属性最强，其第一电离能最小，非金属性越强电负性越大，故电负性最大的是N，
故答案为：K；N；
（2）黄血盐的化学式K₄[Fe（CN）₆]，CN^-与氮气互为等电子体，CN^-中存在C≡N三键，故1mol CN^-中含有π键的数目为2N_A，黄血盐晶体中含有离子键、配位键、共价键，没有金属键、氢键、分子间的作用力，
故答案为：K₄[Fe（CN）₆]；2N_A；def；
（3）Ni²⁺的价层电子排布式为3d⁸，故价电子排布图为；
①CH₂=CH₂、③、④HCHO中C原子价层电子对数都是3，没有孤电子对，C原子采取sp²杂化，②HC≡CH为C原子价层电子对数是2，没有孤电子对，C原子采取sp杂化，HCHO分子的立体结构为平面三角形，它加成产物为甲醇，甲醇分子之间形成氢键，其熔、沸点比CH₄的熔、沸点高，
故答案为：；①③④；平面三角；加成产物CH₃OH分子之间能形成氢键；
（4）金属K晶体为体心立方堆积，晶胞结构为图Ⅰ，晶胞中K原子配位数为8，金属Cu晶体为面心立方最密堆积，晶胞结构为图Ⅱ，以顶点Cu原子研究与之最近的原子位于面心，每个顶点Cu原子为12个面共用，晶胞中Cu原子配位数为12，K、Cu两种晶体晶胞中金属原子的配位数之比为 8：12=2：3；
金属K的晶胞中，K原子数目=1+8×$\frac{1}{8}$=2，若K原子的摩尔质量为M，阿伏加得罗常数为N_A，则晶胞质量=$\frac{2M}{{N}_{A}}$g，设该晶胞的密度为a g/cm³，则晶胞体积=$\frac{\frac{2M}{{N}_{A}}g}{ag/c{m}^{3}}$=$\frac{2M}{a{N}_{A}}$cm³，晶胞棱长=$\root{3}{\frac{2M}{{aN}_{A}}}$cm，设K原子半径为r，则晶胞体对角线长度=4r，故3（$\root{3}{\frac{2M}{a{N}_{A}}}$cm）²=（4r）²，故r=$\frac{\sqrt{3}}{4}\root{3}{\frac{2M}{{aN}_{A}}}$cm，
故答案为：2：3；$\frac{\sqrt{3}}{4}\root{3}{\frac{2M}{{aN}_{A}}}$cm．

点评 本题是对物质结构的考查，涉及元素推断、核外电子排布、电离能、电负性、配合物、化学键、杂化轨道、晶胞计算等，需要学生熟记晶胞结构，对学生的空间想象及数学计算具有一定的要求，难点中等．