Question

12．现有前四周期六种元素X、Y、Z、E、F、G，它们的原子序数依次增大，除G外，其它五种元素都是短周期元素．X、Y、E三种元素组成的化合物是实验室常用燃料，也是一种家庭常见饮品的主要成分．取F的化合物做焰色反应实验，其焰色呈黄色，G的单质是生活中常见的一种金属，GE是黑色固体．G₂E是红色固体．请回答下列问题：
（1）写出基态G原子电子排布式：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹或[Ar]3d¹⁰4s¹；Y、Z、E、F、G的第一电离能由小到大的顺序为Na＜Cu＜C＜O＜N（用元素符号表示）．
（2）X、Y、Z形成3原子分子M，每个原子价层电子均达到稳定结构．M分子的结构式为H-C≡N．1molM含π键数目为2×6.02×10²³或2N_A．
（3）根据价层电子对互斥理论（VESPR）推测：ZE₂^-的立体构型为V形，YE₃^2-的中心原子杂化类型为sp²．
（4）Y、E、Z分别与X形成的简单化合物沸点由高到底的顺序为H₂O、NH₃、CH₄（用化学式表示）．
（5）G晶胞结构如图所示．已知立方体的棱长为apm，G 晶体密度为bg•cm^-3，则阿伏加德罗常数N_A=$\frac{256×1{0}^{30}}{{a}^{3}b}$（用含a、b的代数式表示）．

Answer 1

分析 前四周期六种元素X、Y、Z、E、F、G，它们的原子序数依次增大，除G外，其它五种元素都是短周期元素；X、Y、E三种元素组成的化合物是实验室常用燃料，也是一种家庭常见饮品的主要成分，为乙醇，则X、Y、E分别是H、C、O元素，Z原子序数大于Y而小于E，则Z为N元素；
取F的化合物做焰色反应实验，其焰色呈黄色，则F为Na元素；
G的单质是生活中常见的一种金属，GE是黑色固体，G₂E是红色固体，则G为Cu元素；
（1）G为Cu元素，其原子核外有29个电子，根据价层电子对互斥理论书写其基态原子核外电子排布式；
同一周期元素其第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于其相邻元素，元素的金属性越强，其第一电离能越小；
（2）X、Y、Z形成3原子分子M，每个原子价层电子均达到稳定结构，则为HCN，H原子形成1个共价键、C原子形成4个共价键、N原子形成3个共价键；该分子中含有2个π键；
（3）NO₂^-中中心原子价层电子对个数=2+$\frac{5+1-2×2}{2}$=3且含有1个孤电子对，CO₃^2-中C原子价层电子对个数=3+$\frac{4+2-3×2}{2}$=0且不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断空间构型和杂化方式；
（4）Y、E、Z分别与X形成的简单化合物分别是甲烷、水、氨气，分子晶体熔沸点与相对分子质量成正比，且含有氢键的氢化物熔沸点较高；
（5）该晶胞中Cu原子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，根据ρ=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{V}$计算阿伏伽德罗常数．

解答 解：周期六种元素X、Y、Z、E、F、G，它们的原子序数依次增大，除G外，其它五种元素都是短周期元素；X、Y、E三种元素组成的化合物是实验室常用燃料，也是一种家庭常见饮品的主要成分，为乙醇，则X、Y、E分别是H、C、O元素，Z原子序数大于Y而小于E，则Z为N元素；
取F的化合物做焰色反应实验，其焰色呈黄色，则F为Na元素；
G的单质是生活中常见的一种金属，GE是黑色固体，G₂E是红色固体，则G为Cu元素；
（1）G为Cu元素，其原子核外有29个电子，根据价层电子对互斥理论书写其基态原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹ 或[Ar]3d¹⁰4s¹；
同一周期元素其第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于其相邻元素，元素的金属性越强，其第一电离能越小，其第一电离能从小到大顺序是Na＜Cu＜C＜O＜N，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹ 或[Ar]3d¹⁰4s¹；Na＜Cu＜C＜O＜N；
（2）X、Y、Z形成3原子分子M，每个原子价层电子均达到稳定结构，则为HCN，H原子形成1个共价键、C原子形成4个共价键、N原子形成3个共价键，其结构式为H-C≡N；该分子中含有2个π键，所以1molM含π键数目为 2×6.02×10²³或2N_A，故答案为：H-C≡N； 2×6.02×10²³或2N_A；
（3）NO₂^-中中心原子价层电子对个数=2+$\frac{5+1-2×2}{2}$=3且含有1个孤电子对，根据价层电子对互斥理论知，该微粒空间构型为V形，CO₃^2-中C原子价层电子对个数=3+$\frac{4+2-3×2}{2}$=0且不含孤电子对，该微粒中C原子杂化方式为sp²，
故答案为：V形；sp²；
（4）Y、E、Z分别与X形成的简单化合物分别是甲烷、水、氨气，分子晶体熔沸点与相对分子质量成正比，且含有氢键的氢化物熔沸点较高，甲烷中没有氢键而氨气和水中都含有氢键，且常温下水为液态，所以熔沸点高低顺序是H₂O、NH₃、CH₄，故答案为：H₂O、NH₃、CH₄；
（5）该晶胞中Cu原子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，根据ρ=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{V}$知，N_A=$\frac{4M}{ρV}$=$\frac{64×4}{{a}^{3}×1{0}^{-30}×b}$mol^-1=$\frac{256×1{0}^{30}}{{a}^{3}b}$mol^-1，故答案为：$\frac{256×1{0}^{30}}{{a}^{3}b}$．

点评 本题考查物质结构和性质，涉及晶胞计算、氢键、微粒空间构型判断、原子杂化方式判断等知识点，明确基本理论基本原理是解本题关键，侧重考查学生对基本知识的灵活运用，难点是晶胞计算．