Question

9．A．B，C，D，E五种元素，均位于元素周期表的前四周期．它们的核电荷数逐渐增加．且核电荷数之和为57；B原子的L层p轨道中有2个电子，C的原子核外有三个未成对电子，D与B原子的价电子数相同．E原子的K层电子数与最外层电子数之比为2：1，其d轨道处于全充满状态．请回答下列问题：
（1）B，D原子可分别与A原子形成只含一个中心原子的共价化合物X和Y，其中X的电子式为，Y中D原子的杂化轨道类型为sp³杂化；C与A形成的常见化合物的分子构型为三角锥形．
（2）B和D的最高价氧化物的晶体中熔点较高的是（填化学式）SiO₂，其原因是因为SiO₂是原子晶体而CO₂是分子晶体．
（3）B与C比较，电负性较大的是N （填元素符号），E²⁺的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹．
（4）E²⁺与C的常见氢化物形成配离子反应的离子方程式为Cu²⁺+4NH₃=[Cu（NH₃）₄]²⁺．
（5）E单质的晶体中原子的堆积方式如图甲所示，其晶胞特征如图乙所示，原子之间相互位置关系的平面图如图丙所示，若已知E原子半径为d，N_A表示阿伏伽德罗常数．摩尔质最为M，则该原子的配位数为12，该晶体的密度可表示为$\frac{M}{4\sqrt{2}{d}^{3}{N}_{A}}$．

Answer 1

分析 A、B、C、D、E五种元素，均位于周期表的前四周期，它们的核电荷数依次增加，B原子的L层P轨道中有2个电子，其原子核外电子排布为1s²2s²2p²，则B为碳元素；E原子的K层电子数与最外层电子数之比为2：1，其d轨道处于全充满状态，则E原子核外电子数=2+8+18+1=29，故E为Cu元素；D与B原子的价电子数相同，结合原子序数可知D为Si，C的原子核外有三个未成对电子，原子序数小于Si，则其外围电子排布为2s²2p³，故C为N元素；五元素核电荷数之和为57，故A的核电荷数=57-6-7-14-29=1，故A为H元素，
（1）B，D原子可分别与A原子形成只含一个中心原子的共价化合物X和Y，X为CH₄、Y为SiH₄；
（2）原子晶体的熔点大于分子晶体；
（3）同周期随原子序数增大元素第一电离能呈增大趋势，且N元素2p能级为半满稳定状态；Cu的原子核外有29个电子，其阳离子含有27 个电子；
（4）Cu²⁺NH₃形成的配离子为[Cu（NH₃）₄]²⁺；
（5）由图可知，晶胞为面心立方堆积，以顶点的原子分析；先求出晶胞的质量和体积，再根据$ρ=\frac{m}{V}$计算．

解答 解：A、B、C、D、E五种元素，均位于周期表的前四周期，它们的核电荷数依次增加，且核电荷数之和为57；B原子的L层P轨道中有2个电子，其原子核外电子排布为1s²2s²2p²，则B为碳元素；E原子的K层电子数与最外层电子数之比为2：1，其d轨道处于全充满状态，则E原子核外电子数=2+8+18+1=29，故E为Cu元素；D与B原子的价电子数相同，结合原子序数可知D为Si，C的原子核外有三个未成对电子，原子序数小于Si，则其外围电子排布为2s²2p³，故C为N元素，五元素核电荷数之和为57，故A的核电荷数=57-6-7-14-29=1，故A为H元素，
（1）C、Si可分别与H元素形成只含一个中心原子的共价化合物X和Y，则X为CH₄、Y为SiH₄，
CH₄分子中C原子与H原子之间形成1对共用电子对，其电子式为；SiH₄中Si原子呈4个σ键、不含孤电子对，故Si原子采取sp³杂化；N与H形成的常见化合物为NH₃，分子构型为三角锥形，
故答案为：；sp³；三角锥形；
（2）B和D的最高价氧化物分别为CO₂、SiO₂，由于SiO₂是原子晶体而CO₂是分子晶体，故熔点较高，
故答案为：SiO₂；SiO₂是原子晶体而CO₂是分子晶体；
（3）同周期随原子序数增大元素第一电离能呈增大趋势，且N元素2p能级为半满稳定状态，故N元素第一电离能高于碳元素；Cu²⁺的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹，
故答案为：N；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹；
（4）Cu²⁺与C的常见氢化物NH₃形成的配离子的离子反应方程式为Cu²⁺+4NH₃═[Cu（NH₃）₄]²⁺，
故答案为：Cu²⁺+4NH₃═[Cu（NH₃）₄]²⁺；
（5）由图可知，晶胞为面心立方堆积，以顶点的原子分析，位于面心的原子与之相邻最近，1个顶点原子为12个面共用，故配位数为12；
Cu原子半径为d，由图丙可知，正方形对角线长度为4d，立方体的棱长为$\frac{\sqrt{2}}{2}$×4d=2$\sqrt{2}$d，晶胞体积为（2$\sqrt{2}$d ）³=16$\sqrt{2}$d³ ，晶胞中含有原子数目=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，Al相对原子质量为M，故晶胞的质量=$4×\frac{M}{{N}_{A}}$g，故晶体的密度=$\frac{4×\frac{M}{{N}_{A}}}{16\sqrt{2}{d}^{3}}$=$\frac{M}{4\sqrt{2}{d}^{3}{N}_{A}}$；
故答案为：$\frac{M}{4\sqrt{2}{d}^{3}{N}_{A}}$．

点评 本题考查物质结构与性质，涉及元素周期律、分子结构、杂化轨道、核外电子排布、晶体类型与性质、晶胞结构与计算等，注意对电离能突变的理解，晶胞计算需要学生具有一定的数学计算能力与空间想象力，难度中等．