Question

A、B、C、D、E、F为周期表中前四周期的六种元素，它们的原子序数依次增大，且均不同族．A、B、C三种元素的基态原子具有相同的能层和能级，且第一电离能I₁（A）＜I₁（C）＜I₁（B），BC₂⁺与AC₂互为等电子体；D、E为同周期相邻元素；F元素位于周期表中1～18列中的第11列．请回答下列问题（答题时请用相应的元素符号表示相应元素）：

（1）A元素的价层电子排布图为

 

；BC₂⁺的电子式为

 

；基态F原子的核外电子排布简式

 

．
（2）E元素的电离能情况如图1所示．E元素在周期表中位于

 

；D元素单质形成的晶体晶胞类型属于

 

堆积．
（3）A、B两元素所形成的化合物甲是首屈一指的超硬新材料，其晶胞结构如图2所示，由此可知，化合物甲的晶体类型为

 

，其硬度超过金刚石的原因是

 

．化合物甲的晶体中B原子的杂化方式为

 

．
（4）D、C两元素可形成的化合物乙．
①现证实化合物乙的晶体结构如图3所示，晶胞中D离子的配位数为

 

；
②设D离子半径分别为a，C离子半径分别为b，则其晶体的空间利用率为

 

．

Answer 1

考点：位置结构性质的相互关系应用,原子核外电子排布,配合物的成键情况,原子轨道杂化方式及杂化类型判断

专题：原子组成与结构专题,元素周期律与元素周期表专题,化学键与晶体结构

分析：A、B、C、D、E、F为周期表中前四周期的六种元素，它们的原子序数依次增大，由图1可知E元素的第四电离能剧增，则E原子最外层电子数为3，处于ⅢA族，A、B、C三种元素的基态原子具有相同的能层和能级，三者处于同周期，且第一电离能I₁（A）＜I₁（C）＜I₁（B），所有元素均不同族，则B处于ⅤA族，C处于ⅥA族，BC₂⁺与AC₂互为等电子体，A的核外电子数比B少1，可推知A为C元素、B为氮元素、C为O元素；D、E为同周期相邻元素，结合原子序数可知，二者处于第三周期，可推知E为Al、D为Mg；F元素位于周期表中1～18列中的第11列，则F为Cu，据此解答．

解答： 解：A、B、C、D、E、F为周期表中前四周期的六种元素，它们的原子序数依次增大，由图1可知E元素的第四电离能剧增，则E原子最外层电子数为3，处于ⅢA族，A、B、C三种元素的基态原子具有相同的能层和能级，三者处于同周期，且第一电离能I₁（A）＜I₁（C）＜I₁（B），所有元素均不同族，则B处于ⅤA族，C处于ⅥA族，BC₂⁺与AC₂互为等电子体，A的核外电子数比B少1，可推知A为C元素、B为氮元素、C为O元素；D、E为同周期相邻元素，结合原子序数可知，二者处于第三周期，可推知E为Al、D为Mg；F元素位于周期表中1～18列中的第11列，则F为Cu，
（1）A为C元素，价层电子排布图为；NO₂⁺与CO₂互为等电子体，二者结构相似，故NO₂⁺的电子式为；基态Cu原子的核外电子排布简式为[Ar]3d¹⁰4s¹，
故答案为：；；[Ar]3d¹⁰4s¹；
（2）E为Al元素，E元素在周期表中位于第三周期第ⅢA族；Mg元素单质形成的晶体晶胞类型属于六方最密堆积，故答案为：第三周期第ⅢA族；六方最密；
（3）C、N两元素所形成的化合物甲的晶体中每个C原子与周围4个N原子形成4个C-N键，每个N原子与周围3个C原子形成3个N-C键，形成空间立体网状结构，属于原子晶体；由于C-N键的键长小于C-C键，键能大于C-C键，故其硬度超过金刚石，化合物甲的晶体中N原子成3个σ键、含有1对孤电子对，采取sp³杂化，
故答案为：原子晶体；C-N键的键长小于C-C键，键能大于C-C键；sp³；
（4）Mg、O两元素可形成的化合物乙为MgO，
①以晶胞体心的白色球研究，与之等距离且最近的黑色球位于面心，由于为1：1型化合物，可知晶胞中D离子的配位数为6，
故答案为：6；
②设D离子半径分别为a，C离子半径分别为b，则晶胞的棱长=2（a+b），则晶胞体积=8（a+b）³，晶胞中白色球数目=黑色球数目=1+12×

1

4

=4，故晶胞中镁离子与阳离子的总体积=4×

4

3

πa³+4×

4

3

πb³=

16

3

π（a³+b³），则其晶体的空间利用率为

16 3 π(a3+b3)

8(a+b)3

=

2π(a3+b3)

3(a+b)3

，
故答案为：

2π(a3+b3)

3(a+b)3

．

点评：本题是对物质结构的考查，要求考生熟练掌握元素周期表结构、原子核外电子排布式、正确书写电子排布图，了解等电子体结构与性质的关系、原子的轨道杂化形式、晶体常识等基础知识，正确判断晶体类型及结构、并针对晶体结构进行判断和简单运算，难度中等．