Question

10．已知A、B、C、D、E五种元素的原子序数依次递增，A、B、C、D位于前三周期，E位于第四周期．A位于周期表中的s区，其原子中电子层数和未成对电子数相同；B的基态原子中的核外电子占据三种能量不同的原子轨道，且每种轨道中的电子总数相同；D原子的核外电子总数是最内层电子总数的4倍．同时含有A、B、D三种元素的化合物M是一种居室污染气体，其分子中所有的原子共平面．A、B两种元素组成的原子个数比为1：1的化合物N是常见的有机溶剂．E有“生物金属”之称，E⁴⁺离子和氩原子的核外电子排布相同．
请回答下列问题：（答题时，A、B、C、D、E用所对应的元素符号表示）
（1）A、B形成的化合物B₂A₂分子中σ键和π键数目之比为3：2；B、C、D三种元素的第一电离能由大到小的排列顺序为N＞O＞C，电负性由大到小的顺序为O＞N＞C．
（2）M与N分子结构的相同点是①．
①中心原子杂化方式　　　 ②共价键键角　　　　 ③分子极性　　　　 ④立体构型
（3）X和Y分别是B、C的某种氢化物，这两种氢化物都含有18电子，X和Y的化学式分别是C₂H₆、N₂H₄，两者沸点的关系为X＜Y（“＞”或“＞”），原因是N₂H₄分子间有氢键，C₂H₆分子间是范德华力．
（4）在E形成的羰基配合物离子E（CO）_n²⁺中，中心原子提供的价电子数与配体提供的电子总数之和为16，则n=7．
（5）金属E的晶胞是面心立方结构（如图），则E晶体的1个 晶胞中E原子数为4，E原子的配位数为12．若此晶胞的密度为dg/cm³，阿伏加德罗常数为N_A，请用d 和N_A来表示此晶胞中两个E原子最近的距离$\frac{\sqrt{2}}{2}$×$\root{3}{\frac{192}{a{N}_{A}}}$．

Answer 1

分析 A、B、C、D、E五种元素的原子序数依次递增，A、B、C、D位于前三周期．A位于周期表的s区，其原子中电子层数和未成对电子数相同，则A为氢元素；B的基态原子中电子占据三种能量不同的原子轨道，且每种轨道中的电子总数相同，则B原子电子排布式为1s²2s²2p²，故B为碳元素；D原子的核外电子总数是最内层电子总数的4倍，即原子核外电子总数为8，则D为O元素；C的原子序数介于碳、氧之间，故C为氮元素；同时含有A、B、D三种元素的化合物M是一种居室污染气体，其分子中所有的原子共平面，则M为HCHO；A、B两种元素组成的原子个数比为1：1的化合物N是常见的有机溶剂，则N为苯；E有“生物金属”之称，E⁴⁺离子和氩原子的核外电子排布相同，则E的原子序数为18+4=22，则E为Ti元素，据此解得．

解答 解：A、B、C、D、E五种元素的原子序数依次递增，A、B、C、D位于前三周期．A位于周期表的s区，其原子中电子层数和未成对电子数相同，则A为氢元素；B的基态原子中电子占据三种能量不同的原子轨道，且每种轨道中的电子总数相同，则B原子电子排布式为1s²2s²2p²，故B为碳元素；D原子的核外电子总数是最内层电子总数的4倍，即原子核外电子总数为8，则D为O元素；C的原子序数介于碳、氧之间，故C为氮元素；同时含有A、B、D三种元素的化合物M是一种居室污染气体，其分子中所有的原子共平面，则M为HCHO；A、B两种元素组成的原子个数比为1：1的化合物N是常见的有机溶剂，则N为苯；E有“生物金属”之称，E⁴⁺离子和氩原子的核外电子排布相同，则E的原子序数为18+4=22，则E为Ti元素．
（1）A、B形成化合物C₂H₂分子，结构式为H-C≡C-H，分子中σ键和π键数目之比为3：2；
同周期元素随原子序数增大，元素第一电离能呈增大的趋势，N元素原子2p能级容纳3个电子，为半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素，故第一电离能：N＞O＞C；
同周期随原子序数增大，电负性增大，故电负性：O＞N＞C，
故答案为：3：2；N＞O＞C；O＞N＞C；
（2）M为HCHO为平面三角形，N为苯为平面正六边形，甲醛分子中正负电荷重心不重合，为极性分子，苯分子中正负电荷重心重合，为非极性分子，分子中C原子均形成3个σ键，均采取sp²杂化，苯分子呈平面正六边形，6个碳碳键完全相同，键角皆为120°，而甲醛分子不是平面正三角形，键角不是120°，
故答案为：①；
（3）X和Y分别是C、N的某种氢化物，这两种氢化物都含有18电子，则X为C₂H₆、Y为N₂H₄，N₂H₄分子间有氢键，C₂H₆分子间是范德华力，故沸点：C₂H₆＜N₂H₄，
故答案为：C₂H₆、N₂H₄；＜；N₂H₄分子间有氢键，C₂H₆分子间是范德华力；
（4）在Ti形成的羰基配合物离子Ti（CO）_n²⁺中，Ti离子提供价电子数为2，CO提供电子为2，则：2+2n=16，解得n=7，
故答案为：7；
（5）金属E的晶胞是面心立方结构，则E晶体的1个 晶胞中E原子数为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，顶点E原子与面心E原子相邻，每个顶点为8个晶胞共用，故E的配位数为$\frac{3×8}{2}$=12，晶胞质量为$\frac{4×48}{{N}_{A}}$g，晶胞的密度为dg/cm³，则晶胞体积为$\frac{4×48}{{N}_{A}}$g÷dg/cm³=$\frac{\sqrt{192}}{d{N}_{A}}$cm³，则晶胞棱长为$\root{3}{\frac{192}{a{N}_{A}}}$cm，故晶胞中两个E原子最近的距离为$\frac{\sqrt{2}}{2}$×$\root{3}{\frac{192}{a{N}_{A}}}$cm，
故答案为：4；12；$\frac{\sqrt{2}}{2}$×$\root{3}{\frac{192}{a{N}_{A}}}$．

点评 本题是对物质结构的考查，涉及核外电子排布、电离能、电负性、化学键、分子结构、氢键、配合物、晶胞计算等，基本是对物质结构的主干知识进行综合考查，需要学生具备扎实的基础，难度中等．