Question

碳、氮、氧、氟都是位于第二周期的重要的非金属元素．请回答下列问题：
（1）基态氟原子的核外电子排布式是

 

．
（2）C、N、O、F四种元素第一电离能从大到小的顺序是

 

．
（3）碳和另外三种元素均可形成化合物．四氟化碳的空间构型为

 

，CF₄可以利用甲烷与Cl₂和HF在一定条件下反应来制备，其反应方程式为

 

；CO是

 

分子（填“极性”或“非极性”），CO的常见等电子体为N₂、CN^-，已知CN^-与N₂结构相似，推算HCN分子中σ键与π键数目之比为

 

；C₃N₄是一种新型材料，它的硬度比金刚石还高，可做切割工具，可推测出C₃N₄属于

 

晶体．
（4）N₄分子结构和白磷一样都是正四面体．又已知断裂1mol N-N键吸收167kJ热量，生成1molN≡N键放出942kJ热量，0.1molN₄转变为N₂将放出

 

热量．
（5）CaF₂和CaC₂都属于离子晶体．CaF₂晶体的密度为a g?cm^-3，则晶胞（如图）的体积是

 

（只要
求列出算式）．
（6）CaC₂晶体的晶胞与氯化钠相似，但由于CaC₂晶体中的C₂^2-存在，使晶胞沿一个方向拉长，则CaC₂晶体中1个C₂^2-周围距离最近且相等的Ca²⁺数目为

 

，C₂^2-与O₂²⁺互为等电子体，O₂²⁺的电子式为

 

．

Answer 1

考点：原子核外电子排布,元素电离能、电负性的含义及应用,“等电子原理”的应用,晶胞的计算,反应热和焓变

专题：原子组成与结构专题,化学键与晶体结构

分析：（1）F为9号元素核外有9个电子，根据构造原理书写电子排布式；
（2）同一周期元素中，元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素的第一电离能大于相邻元素；
（3）四氟化碳与甲烷的空间构型相同；甲烷与Cl₂和HF反应生成四氟化碳；CN^-与N₂结构相似，C原子与N原子之间形成三键，则HCN分子结构式为H-C≡N，三键中含有1个σ键、2个π键，单键属于σ键；根据物理性质判断晶体类型；
（4）由N₄分子结构可知，1molN₄分子中含有6molN-N键，反应热等于反应物的总键能减去生成物的总键能，据此计算解答；
（5）根据晶胞图算出每个晶胞中CaF₂的数目，再根据V=

m

ρ

求算；
（6）氯化钠晶胞中配位数为6，每个阴离子周围距离最近且相等的阳离子数目为6，由于CaC₂晶体中的C₂^2-存在，使晶胞沿一个方向拉长，则CaC₂晶体中1个C₂^2-周围距离最近且相等的Ca²⁺数目减少；等电子体的结构相似，故O₂²⁺的电子式与C₂^2-的电子式相似．

解答： 解：（1）F为9号元素核外有9个电子，根据构造原理其电子排布式为：1s²2s²2p⁵；
故答案为：1s²2s²2p⁵；
（2）同一周期元素中，元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素的第一电离能大于相邻元素，这几种元素都是第二周期元素，它们的族序数分别是：第IVA族、第VA族、第VIA族、第VIIA族，所以它们的第一电离能大小顺序是F＞N＞O＞C；
故答案为：F＞N＞O＞C；
（3）四氟化碳与甲烷的空间构型相同，所以四氟化碳的空间构型为正四面体；甲烷与Cl₂和HF反应生成四氟化碳，其反应的化学方程式为：CH₄+4HF+4Cl₂=CF₄+8HCl；CN^-与N₂结构相似，C原子与N原子之间形成三键，则HCN分子结构式为H-C≡N，三键中含有1个σ键、2个π键，单键属于σ键，故HCN分子中σ键与π键数目之比为1：1，
C₃N₄是一种新型材料，它的硬度比金刚石还高，具有原子晶体的物理性质，所以属于原子晶体；
故答案为：正四面体；CH₄+4HF+4Cl₂=CF₄+8HCl；1：1；原子；
（4）由题意知，N≡N的键能为942kJ/mol，N-N键的键能为167kJ/mol，
生成1molN₄的反应为：2N₂（g）=N₄（g），反应热等于反应物的总键能减去生成物的总键能，故反应热△H=2×942kJ/mol-6×167kJ/mol=+882kJ/mol，所以0.1molN₄转变为N₂将放出88.2kJ热量；
故答案为：88.2kJ；
（5）在晶胞中Ca²⁺数目为8×

1

8

+6×

1

2

=4，F^-数目为8，则V=

m

ρ

=

4×78g/mol

ag?cm-3×6.02×1023mol-1

；
故答案为：

4×78g/mol

ag?cm-3×6.02×1023mol-1

；
（6）氯化钠晶胞中配位数为6，每个阴离子周围距离最近且相等的阳离子数目为6，由于CaC₂晶体中的C₂^2-存在，使晶胞沿一个方向拉长，则CaC₂晶体中1个C₂^2-周围距离最近且相等的Ca²⁺数目减少，为4个；根据等电子体的结构相似，则O₂²⁺的电子式 ，
故答案为：4；．

点评：本题考查了元素周期表和周期律的应用，涉及电子排布式的书写、电负性的比较、等电子原理、晶胞的计算、电子式的书写等，题目综合性较强，难度中等．