Question

现有_aA、_bB、_cC、_dD、_eE、_gG六种短周期元素，a+b=c，a+c=d，a+d=e，d+e=g，B、C、E、G的单质均有多种同素异形体，请回答下列问题：
Ⅰ．（1）C、D、E元素的第一电离能由大到小的关系为

 

．（用相应的元素符号表示）
（2）请比较C₂A₄、D₂A₄、G₂A₄三种化合物的沸点由高到低的顺序为

 

．（用化学式表示）
（3）有某种分子式为C₄D₄E₈的物质（该物质中同种原子的化学环境完全相同，不含碳碳双键）是一种威力极强的炸药，则可推知其结构简式为

 

．
Ⅱ．BG是一种耐磨材料，其与金刚石结构相似，如图为其结构中的最小重复单元，它可由B的三溴化物和G的三溴化物于高温下在氢气的氛围中合成．
（1）指出B的三溴化物中B的杂化方式为

 

；G的三溴化物分子的结构为

 

型．
（2）写出合成BG的化学反应方程式为

 

．
（3）已知晶体中B与G原子的最近距离为a pm，则该晶体的密度的表达式为

 

g/cm³．（不需化简）

Answer 1

分析：Ⅰ．短周期元素为1-18号元素，B、C、E、G的单质均有多种同素异形体，所以它们为硼、碳、氧、硅、硫、磷中的一种，_aA、_bB、_cC、_dD、_eE、_gG六种短周期元素，它们的原子序数有如下关系a+b=c，a+c=d，a+d=e，d+e=g，因各关系式中都有a，且与其它元素和小于18，所以若a=1，则b=5，所以A为氢元素，B为硼元素，符合题意；所以A为1号氢元素，B为5号硼元素，a+c=d，C的单质均有多种同素异形体可能为碳，若为碳，则d为氮元素，E为8号氧元素，符合题意；d+e=g，G为15号磷元素
所以六种短周期元素分别为A为1号氢元素，B为5号硼元素，C为6号碳元素，D为7号氮元素，E为8号氧元素，G为15号磷元素，
（1）C为6号碳元素，D为7号氮元素，E为8号氧元素，同周期自左而右元素的第一电离能呈增大趋势，ⅡA族和第IIIA族反常，故第一电离能N＞O＞C；
（2）C₂A₄、D₂A₄、G₂A₄三种化合物分别为C₂H₄、N₂H₄、P₂H₄，分子间有氢键沸点高，没有氢键的分子量越大沸点越高；
（3）分子式为C₄D₄E₈的物质为C₄N₄O₈，该物质中同种原子的化学环境完全相同，说明具有对称性，是一种威力极强的炸药，说明含有硝基，所以含4个硝基，据此分析解答；
Ⅱ．（1）根据价层电子对互斥理论确定微粒空间构型和中心原子杂化方式；
（2）根据BG是由B的三溴化物和G的三溴化物于高温下在氢气的氛围中合成解答；
（3）根据密度公式ρ=

m

v

计算，该晶体中分子个数4．

解答：解：Ⅰ．（1）同周期自左而右元素的第一电离能呈增大趋势，但ⅡA族最外层为ns能级容纳2个电子，为全满确定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素，ⅤA族np能级容纳3的电子，为半满稳定状态，能量较低，第一电离能也高于同周期相邻元素，C为6号碳元素，D为7号氮元素，E为8号氧元素，所以C、D、E元素的第一电离能由大到小的关系为N＞O＞C，
故答案为：N＞O＞C；      
（2）C₂A₄、D₂A₄、G₂A₄三种化合物分别为C₂H₄、N₂H₄、P₂H₄，N₂H₄分子间有氢键沸点高，P₂H₄分子量大于C₂H₄，所以三者沸点由高到低的顺序为：N₂H₄＞P₂H₄＞C₂H₄，
故答案为：N₂H₄＞P₂H₄＞C₂H₄；
（3）分子式为C₄D₄E₈的物质为C₄N₄O₈，该物质中同种原子的化学环境完全相同，说明具有对称性，是一种威力极强的炸药，说明含有硝基，所以含4个硝基，四个碳建构正四面体的四个顶点，所以其结构简式为C₄（NO₂，）₄，
故答案为：；
Ⅱ．（1）B的三溴化物为BBr₃，该分子中，B原子含有3个σ键不含孤电子对，所以采取sp²杂化，G的三溴化物为PBr₃，PBr₃中心原子P原子价层电子对为3+1=4，VSEPR模型为四面体，由于含有1对孤电子对，故为三角锥形，
故答案为：sP²；三角锥；  
（2）BG是由B的三溴化物和G的三溴化物于高温下在氢气的氛围中合成，所以反应物为BBr₃、PBr₃、H₂，产物为BP、HBr，化学方程式为：BBr₃+PBr₃+3H₂

高温  .

BP+6HBr，
故答案为：BBr₃+PBr₃+3H₂

高温  .

BP+6HBr；  
（3）每个顶点上的BG分子被8个晶胞共用，每个面心上的BG分子被两个晶胞共用，所以该晶胞中BG分子个数8×

1

8

+6×

1

6

=4，一个立方磷化硼晶胞中含有4个G原子和4个B原子，B与G原子的最近距离为apm，所以

3

a=4r，V=N_A×(

4

3 a×10-10

)3，则密度为：ρ=

m

v

=

4×42

NA×( 4 3 a×10-10)3

，
故答案为：

4×42

NA×( 4 3 a×10-10)3

．

点评：本题考查了第一电离能大小比较、沸点高低大小比较、分子空间构型、晶胞密度的计算等知识，注意晶胞密度的计算利用均摊法、注意理解价层电子对理论与杂化轨道理论判断分子构型，题目难度较大．