Question

15．在周期表中1～36号之间的A、B、C、D、E、F六种元素，它们的原子序数依次增大，已知A与其余五种元素既不同周期也不同主族，B的一种核素在考古时常用来鉴定一些文物的年代，C元素原子的最外层有3个自旋方向相同的未成对电子，D原子核外电子有8种不同的运动状态，E元素在第四周期，E的基态原子中未成对电子数是核外电子总数的$\frac{1}{4}$，F元素位于周期表的ds区，其基态原子最外能层只有一个电子．
（1）写出基态E原子的价电子排布式3d⁵4s¹．
（2）B、C、D三种元素第一电离能由小到大的顺序为C＜O＜N（用元素符号表示）．
（3）A与C形成CA₃型分子，分子中C原子的杂化类型为sp³，分子的立体结构为三角锥形；C的单质与化合物BD是等电子体，根据等电子体原理，写出化合物BD的电子式．
（4）A₂D的沸点在同族元素中最高，其原因是水分子之间形成氢键，导致沸点升高．A₂D由液态形成晶体时密度减小（填“增大”、“不变”或“减小”），其主要原因水形成晶体时，每个水分子与4个水分子形成氢键，构成空间正四面体网状结构，水分子空间利用率低，密度反而减小（用文字叙述）．
（5）已知D、F能形成一种化合物，其晶胞的结构如图所示，则该化合物的化学式为Cu₂O（用元素符号表示）；若相邻D原子和F原子间的距离为acm，阿伏伽德罗常数为N_A，则该晶体的密度为$\frac{27\sqrt{3}}{2{a}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3（用含a、N_A的符号表示）．

Answer 1

分析 在周期表中1～36号之间的A、B、C、D、E、F六种元素，它们的原子序数依次增大，B的一种核素在考古时常用来鉴定一些文物的年代，则B为碳元素，D原子核外电子有8种不同的运动状态，则D为氧元素，C元素原子的最外层有3个自旋方向相同的未成对电子，且C的原子序数介于碳、氧之间，所以C为氮元素，F元素位于周期表的ds区，其基态原子最外能层只有一个电子，则F原子外围电子排布为3d¹⁰4s¹，所以F为铜元素，E元素在第四周期，E的基态原子中未成对电子数是核外电子总数的$\frac{1}{4}$，原子序数大于Ca而小于Cu，则单电子数目为6，其原子外围电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹，则E为铬元素，A的原子序数小于碳，且A与其余五种元素既不同周期也不同主族，所以A为氢元素．

解答 解：在周期表中1～36号之间的A、B、C、D、E、F六种元素，它们的原子序数依次增大，B的一种核素在考古时常用来鉴定一些文物的年代，则B为碳元素，D原子核外电子有8种不同的运动状态，则D为氧元素，C元素原子的最外层有3个自旋方向相同的未成对电子，且C的原子序数介于碳、氧之间，所以C为氮元素，F元素位于周期表的ds区，其基态原子最外能层只有一个电子，则F原子外围电子排布为3d¹⁰4s¹，所以F为铜元素，E元素在第四周期，E的基态原子中未成对电子数是核外电子总数的$\frac{1}{4}$，原子序数大于Ca而小于Cu，则单电子数目为6，其原子外围电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹，则E为铬元素，A的原子序数小于碳，且A与其余五种元素既不同周期也不同主族，所以A为氢元素．
（1）E为铬元素，基态E原子的价电子排布为3d⁵4s¹，故答案为：3d⁵4s¹；
（2）C、O、N元素都是第二周期非金属元素，同一周期元素自左而右第一电离能呈增大趋势，但N元素原子2p能级是半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素，故第一电离能：C＜O＜N；
故答案为：C＜O＜N；
（3）A与C形成NH₃型分子，分子中N原子形成3个N-H、含有1对孤对电子，故N原子杂化类型为sp³，分子的立体结构为三角锥形；
C的单质为N₂，与化合物CO是等电子体，二者结构相似，CO分子中C原子与O原子之间形成三对共用电子对，故CO的电子式为；
故答案为：sp³；三角锥形；；
（4）水分子之间形成氢键，同主族其它气体氢化物分子之间不能形成氢键，故水的沸点最高，
H₂O形成晶体时，每个水分子与4个水分子形成氢键，构成空间正四面体网状结构，水分子空间利用率低，密度反而减小，
故答案为：水分子之间形成氢键，导致沸点升高；减小；水形成晶体时，每个水分子与4个水分子形成氢键，构成空间正四面体网状结构，水分子空间利用率低，密度反而减小；
（3）根据晶胞的结构图可知，晶胞中含有氧原子数为1+8×$\frac{1}{8}$=2，铜原子数为4，所以该化合物的化学式为Cu₂O，晶胞质量为（4×$\frac{64}{{N}_{A}}$+2×$\frac{16}{{N}_{A}}$）g，若相邻氧原子和铜原子间的距离为a cm，则晶胞的体对角线为4a cm，所以边长为$\frac{4a}{\sqrt{3}}$ cm，所以体积为（$\frac{4a}{\sqrt{3}}$）³cm³，该晶体的密度为（4×$\frac{64}{{N}_{A}}$+2×$\frac{16}{{N}_{A}}$）g÷（$\frac{4a}{\sqrt{3}}$）³cm³=$\frac{27\sqrt{3}}{2{a}^{3}{N}_{A}}$g/cm³，
故答案为：Cu₂O；$\frac{27\sqrt{3}}{2{a}^{3}{N}_{A}}$．

点评 本题是对物质结构的考查，涉及核外电子排布、电离能、杂化轨道、等电子体、氢键度物质性质的影响、晶胞的计算等，中等难度，元素推断是解题的关键，需要学生具备扎实的基础，（3）中注意利用均摊法计算晶胞质量，关键是计算晶胞体积．