Question

5．已知A、B、C、D四种短周期元素，它们的核电荷数依次增大．A与C原子的基态电子排布中L能层都有两个未成对电子，C、D同主族． E、F都是第四周期元素，E原子的基态电子排布中有4个未成对电子，F原子除最外能层只有1个电子外，其余各能层均为全充满．根据以上信息填空：
（1）基态D原子中，电子占据的最高能层符号M，该能层具有的原子轨道数为9．
（2）E²⁺离子的价层电子排布的轨道表示式是，F原子的电子排布式是1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹．
（3）A元素的最高价氧化物对应的水化物中心原子采取的轨道杂化方式为sp²，B元素的气态氢化物的价层电子对互斥模型为四面体形．
（4）化合物AC₂、B₂C和阴离子DAB^-互为等电子体，它们结构相似，DAB^-的电子式为．DAB^-的水溶液可以用于实验室中E³⁺离子的定性检验，形成配合物的颜色为血红色．
（5）某种化合物由D，E，F三种元素组成，其晶胞如图所示，则其化学式为CuFeS₂，该晶胞上下底面为正方形，侧面与底面垂直，根据图中所示的数据列式计算该晶体的密度d=4.32g•cm^-3．（保留两位小数）

Answer 1

分析 A、B、C、D四种短周期元素，它们的核电荷数依次增大，A原子、C原子的L能层中都有两个未成对的电子，则A原子核外电子排布为1s²2s²2p²，C原子核外电子排布为1s²2s²2p⁴，故A为碳元素、C为氧元素；B原子序数介于C、O之间，则B为氮元素；C、D同主族，则D为S元素；E、F都是第四周期元素，E原子核外有4个未成对电子，原子核外电子排布为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，则E为Fe；F原子除最外能层只有1个电子外，其余各能层均为全充满，F原子核外电子数=2+8+18+1=29，则F为Cu元素．
（1）基态S原子中电子占据的最高能层为第3能层；
（2）Fe²⁺离子的价层电子排布3d⁶，根据泡利原理、洪特规则画出价层电子排布图；F为Cu元素，原子核外有29个电子，根据能量最低原理书写核外电子排布式；
（3）碳元素的最高价氧化物对应的水化物为H₂CO₃，分子结构式为，中心C原子成3个σ键、没有孤电子对，碳原子杂化轨道数目为3；B的气态氢化物为NH₃，价层电子对数为4；
（4）化合物CO₂、N₂O和阴离子SCN^-互为等电子体，它们结构相似，SCN^-中C原子与S、N原子之间形成2对共用电子对；Fe³⁺离子与SCN^-形成的配合物颜色为血红色；
（5）利用均摊法计算晶胞中S、Fe、Cu原子数目，进而确定化学式，表示出晶胞质量，再根据ρ=$\frac{m}{V}$计算晶胞密度．

解答 解：A、B、C、D四种短周期元素，它们的核电荷数依次增大，A原子、C原子的L能层中都有两个未成对的电子，则A原子核外电子排布为1s²2s²2p²，C原子核外电子排布为1s²2s²2p⁴，故A为碳元素、C为氧元素；B原子序数介于C、O之间，则B为氮元素；C、D同主族，则D为S元素；E、F都是第四周期元素，E原子核外有4个未成对电子，原子核外电子排布为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，则E为Fe；F原子除最外能层只有1个电子外，其余各能层均为全充满，F原子核外电子数=2+8+18+1=29，则F为Cu元素．
（1）基态S原子中电子占据的最高能层为第3能层，符号M，该能层有1个s轨道、3个p轨道、5个d轨道，共有9 个原子轨道，
故答案为：M；9；
（2）Fe²⁺离子的价层电子排布3d⁶，其价层电子排布图是，F为Cu元素，原子核外有29个电子，原子的电子排布式是1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，
故答案为：；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹；
（3）碳元素的最高价氧化物对应的水化物为H₂CO₃，分子结构式为，中心C原子成3个σ键、没有孤电子对，C原子采取sp²杂化方式；B的气态氢化物为NH₃，N原子价层电子对数为4，价层电子对互斥模型为四面体形，
故答案为：sp²；四面体形；
（4）化合物CO₂、N₂O和阴离子SCN^-互为等电子体，它们结构相似，SCN^-中C原子与S、N原子之间形成2对共用电子对，SCN^-的电子式为，Fe³⁺离子与SCN^-形成的配合物颜色为血红色，
故答案为：；血红色；
（5）晶胞中D（S）原子位于晶胞内部，原子数目为8个，E（Fe）原子6个位于面上、4个位于棱上，E（Fe）原子数目=6×$\frac{1}{2}$+4×$\frac{1}{2}$=4，F（Cu）原子位于4个位于面上、1个内部、8个顶点上，原子数目=4×$\frac{1}{2}$+1+8×$\frac{1}{8}$=4，晶体中Cu、Fe、S原子数目之比=4：4：8=1：1：2，故该晶体化学式为：CuFeS₂，
晶胞质量=$\frac{（56+64+32×2）g/mol}{6.02×1{0}^{23}mo{l}^{-1}}$×4，晶胞体积=（524×10^-10 cm）²×1030×10^-10 cm，
该晶体的密度d=（$\frac{（56+64+32×2）g/mol}{6.02×1{0}^{23}mo{l}^{-1}}$×4×4）÷[（524×10^-10 cm）²×1030×10^-10 cm]=4.32g/cm³，
故答案为：CuFeS₂；4.32．

点评 本题是对考查物质结构的考查，涉及核外电子排布、杂化理论、等电子体、配合物、晶胞计算等，需要学生具备扎实的基础，（5）为易错点、难点，需要学生具备一定的空间想象与数学计算能力，难度中等．