Question

20．现有A、B、C、D、E、F、G原子序数依次增大的七种元素，它们位于元素周期表的前四周期．B元素含有3个能级，且每个能级所含的电子数相同；D的原子核外有8个运动状态不同的电子；在这七种元素中E元素原子半径最大，A原子半径最小；F元素与G元素处于同一周期相邻的族，它们的原子序数相差3，且F元素的基态原子有4个未成对电子．请回答下列问题：
（1）羟胺（CA₂DA）中采用sp³杂化的原子是N、O（填元素符号）；羟胺极易溶于水，主要原因是羟胺与水分子之间可以形成氢键；
（2）F元素的=2价氧化物的熔点比+3价氧化物低（高或低），原因是Fe²⁺离子半径比Fe³⁺离子半径大，所带电荷少，FeO晶格能比Fe₂O₃小；
（3）B单质的一种同素异形体的晶胞如图所示，若晶体的密度为pg/cm³，阿伏伽德罗常数的值为N_A，则晶体中最近的两个原子之间的距离为$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{96}{ρ{N}_{A}}}$cm；
（4）①G原子的外围单质排布式为3d¹⁰4s¹；
②单质E、G的晶体的晶胞结构如图（请先判断对应的图），E、G两种晶体晶胞中元素原子的配位数之比为2：3．
 （5）黄血盐（E₄[F（BC）₆）易溶于水，广泛用作食盐添加剂（抗结剂），食盐中黄血盐的最大使用量为10mg•kg．黄血盐经长时间火炒，超过400时会分解生成剧毒的EBC．
回答下列问题：
①E₄[F（BC）₆）中F²⁺与BC^-两种离子之间的作用力是配位键；
②1mol BC^-中含有π键的数目为2N_A；
③黄血盐溶液与稀硫酸加热是发生非氧化还原反应，生成磷酸盐和一种与BC^-是等电子体的气态化合物，该气态化合物为CO．

Answer 1

分析 A、B、C、D、E、F、G原子序数依次增大的7种元素，它们位于元素周期表的前四周期；B元素含有3个能级，且每个能级所含的电子数相同，原子核外电子排布为1s²2s²2p²，则B为C元素；D的原子核外有8个运动状态不同的电子，则D为O元素；C原子序数介于碳、氧之间，则C为N元素；F元素与G元素处于同一周期相邻的族，它们的原子序数相差3，应处于Ⅷ族及相邻的族，F元素的基态原子有4个未成对电子，应处于Ⅷ族及相邻的族，F元素的基态原子有4个未成对电子，外围电子排布为3d⁶4s²，则F为Fe，故G为Cu；在这七种元素中E元素原子半径最大，A原子半径最小，则A为H元素，结合（5）①可知E的化合价为+1，故E为K元素，据此进行解答．

解答 解：A、B、C、D、E、F、G原子序数依次增大的7种元素，它们位于元素周期表的前四周期；B元素含有3个能级，且每个能级所含的电子数相同，原子核外电子排布为1s²2s²2p²，则B为C元素；D的原子核外有8个运动状态不同的电子，则D为O元素；C原子序数介于碳、氧之间，则C为N元素；F元素与G元素处于同一周期相邻的族，它们的原子序数相差3，应处于Ⅷ族及相邻的族，F元素的基态原子有4个未成对电子，应处于Ⅷ族及相邻的族，F元素的基态原子有4个未成对电子，外围电子排布为3d⁶4s²，则F为Fe，故G为Cu；在这七种元素中E元素原子半径最大，A原子半径最小，则A为H元素，结合（5）①可知E的化合价为+1，故E为K元素，
（1）羟胺分子中，价层电子对为4的原子有N、O原子，所以采用sp³杂化的原子有N、O原子，由于羟胺与水分子之间可以形成氢键，所以羟胺极易溶于水，
故答案为：N、O；羟胺与水分子之间可以形成氢键；
（2）F为Fe元素，Fe²⁺离子半径比Fe³⁺离子半径大，所带电荷少，故FeO晶格能比Fe₂O₃小，FeO的熔点比Fe₂O₃低，
故答案为：低；Fe²⁺离子半径比Fe³⁺离子半径大，所带电荷少，FeO晶格能比Fe₂O₃小；
（3）B为C元素，晶胞中C原子数目=4+6×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{8}$=8，晶胞质量=8×$\frac{12}{{N}_{A}}$g=$\frac{96}{{N}_{A}}$g，若晶体的密度为ρg/cm³，则
晶胞体积=$\frac{\frac{96g}{{N}_{A}}}{ρg/c{m}^{3}}$=$\frac{96}{ρ{N}_{A}}$cm³，则晶胞棱长=$\root{3}{\frac{96}{ρ{N}_{A}}}$cm，C原子与周围4个C原子形成正四面体，该正四面体的棱长a=$\root{3}{\frac{96}{ρ{N}_{A}}}$cm×$\frac{\sqrt{2}}{2}$，斜面高为=$\frac{\sqrt{3}}{2}$a cm，底面中心到边的距离为$\frac{\sqrt{3}}{2}$a×$\frac{1}{3}$ cm，设中心碳原子到顶点碳原子距离为x cm，则中心碳原子到底面面心距离为$\frac{x}{3}$cm，故正四面体的高为（x+$\frac{x}{3}$）cm，则：（x+$\frac{x}{3}$）²+（$\frac{\sqrt{3}}{2}$a×$\frac{1}{3}$ ）²=（$\frac{\sqrt{3}}{2}$a）²，整理得x=$\frac{\sqrt{6}}{4}$a，
即：x=$\frac{\sqrt{6}}{4}$×$\root{3}{\frac{96}{ρ{N}_{A}}}$cm×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{96}{ρ{N}_{A}}}$cm，
故答案为：$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{96}{ρ{N}_{A}}}$；
（4）①Cu是29号元素，其核外电子排布式为：1s²2s²2p⁴3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，则其外围电子排布式为：3d¹⁰4s¹，
故答案为：3d¹⁰4s¹；
②单质E、G分别为K、Cu，金属K晶体为体心立方堆积，晶胞结构为图A，晶胞中K原子配位数为8，金属Cu晶体为面心立方最密堆积，晶胞结构为图B，以顶点Cu原子研究与之最近的原子位于面心，每个顶点Cu原子为12个面共用，晶胞中Cu原子配位数为12，则K、Cu两种晶体晶胞中金属原子的配位数之比为 8：12=2：3，
故答案为：2：3；
（5）①K₄[Fe（CN）₆]中，亚铁离子含有空轨道，N原子含有孤电子对，所以F²⁺与BC^-两种离子之间的作用力为配位键，
故答案为：配位键；
②CN^-中碳原子含有2个σ键且不含孤电子对，所以碳原子的杂化方式为sp，1个CN^-中含有2个π键，所以1molCN^-中含有π键的数目为2N_A个，
故答案为：2N_A；
③黄血盐溶液与稀硫酸加热时发生非氧化还原反应，说明元素化合价不变，生成硫酸盐和一种与CN^-是等电子体的气态化合物，根据元素守恒知该气态化合物是CO，
故答案为：CO．

点评 本题考查位置、结构与性质关系的综合应用，题目难度较大，试题知识点较多、综合性较强，充分考查学生的分析、理解能力及灵活应用基础知识的能力，推断各元素为解答关键，（3）晶胞的计算为难点，注意掌握分析、计算方法．