Question

I．德国和美国科学家首先制出由20个碳原子组成的空心笼状分子C₂₀，该笼状结构是由许多正五边形构成如图．
①C₂₀分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化学键；
②多面体的顶点数、面数和棱边数的关系，遵循欧拉定理：顶点数+面数+棱边数=2，请回答：C₂₀分子共有

 

个正五边形，共有

 

条棱边．
Ⅱ．A、B、C是短周期非金属元素，核电荷数依次增大．A原子外围电子排布为ns²np²，C是地壳中含量最多的元素．D元素的核电荷数为29．请用对应的元素符号或化学式填空：
（1）A、B、C的第一电离能由小到大的顺序为

 

．
（2）分子（AB）₂中键与键之间的夹角为180°，并有对称性，每个原子最外层电子数均满足八电子，其结构式为

 

，1mol该分子中含有π键的数目为

 

．该分子中碳原子的杂化轨道类型是

 

，该分子属于

 

分子（填“极性”或“非极性”）．
（3）基态D原子的电子排布式为

 

．

Answer 1

考点：晶胞的计算,位置结构性质的相互关系应用

专题：元素周期律与元素周期表专题,化学键与晶体结构

分析：I．每条共价键被两个碳原子共有，根据欧拉定理计算；
II．由题意可知，A、B、C、D四种元素分别是C、N、O、Cu；
（1）根据第一电离能递变规律得到答案；
（2）（CN）₂中键与键之间的夹角为180°，C最外层电子数为4，N原子最外层电子数为5，且每个原子最外层电子数均满足八电子推断其结构式；根据结构式判断π键数目，根据结构式判断杂化类型，根据其对称性判断其分子类型；
（3）根据Cu的原子序数为29，根据能量最低原则、泡利不相容原理和洪特规则写出核外电子排布式．

解答： 解：I．顶点数为20，每条共价键被两个碳原子共有，所以棱数为

20×3

2

=30；根据欧拉定理，面数=30+2-20=12，
故答案为：12、30；
II．（1）第一电离能从左到右呈增大趋势，由于N原子2p轨道半充满，较为稳定，其第一电离能较大，O原子2p轨道比N原子多一个电子，容易失去第一个电子，N原子第一电离能大于O原子，第一电离能从小到大顺序为：C＜O＜N，
故答案为：C＜O＜N；
（2）（CN）₂中键与键之间的夹角为180°，C最外层电子数为4，N原子最外层电子数为5，且每个原子最外层电子数均满足八电子，则C、N原子之间以C≡N结合，C还有一个未成对电子，故两个C原子形成一对共用电子对，则其结构式为：；根据结构式可知，分子内含有4条π键，则1mol该分子中含有4molπ键，结构中含有两条C≡N，即有2条2p轨道未参与杂化，判断杂化类型为sp杂化，由于其分子具有对称性，又由于键与键之间的夹角为180°，呈直线型，属于非极性分子，
故答案为：、4N_A（或2.408×10²⁴）、sp、非极性；
（3）Cu的原子序数为29，根据能量最低原则、泡利不相容原理和洪特规则写出核外电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹．

点评：本题综合考查物质结构与性质，涉及核外电子排布规律、电离能、杂化理论、分子结构、晶胞结构等，难度中等．