Question

5．原子序数依次增大的六种元素A、B、C、D、E、F位于周期表的前四周期．A原子的最外层电子数是其内层电子数的2倍；C有2个电子层且基态原子的s轨道和p轨道的电子总数相等，C与D同主族相邻；E的最外层只有1个电子，但次外层有18个电子；F位于周期表的ds区，最外层有2个电子．
请回答下列问题：
（1）E²⁺的价电子排布式为3d⁹
（2）D在元素周期表中的位置是第四周期VIA族
（3）A元素可形成多种单质，其中一种单质为层状结构的晶体（如图1），其中一个最小环占有A原子2个
（4）化合物AC₂的中心原子的杂化方式为sp，该分子为非极性分子（填“极性”或“非极性”）．
（5）用KMnO₄酸性溶液吸收DC₂气体时，MnO₄^-被还原为Mn²⁺，该反应的离子方程式为：5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O═2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺；
（6）已知通常状况下1g A单质在C₂中完全燃烧放出a kJ的热量，请写出表示A单质燃烧热的热化学方程式C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-12a kJ/mol
（7）C与E能形成一种红色化合物X，X可溶解于稀硫酸，得到一种红色固体单质和蓝色溶液．试写出该反应的离子方程式Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O．
（8）F和D能够形成化合物K，其晶胞结构如图2所示，晶胞参数为a nm，K的化学式为ZnS，列式计算晶体K的密度$\frac{388}{{N}_{A}×（a×1{0}^{-7}）^{3}}$ g/cm³（用a的代数式表示，化合物K的摩尔质量用Mg/mol表示）

Answer 1

分析 原子序数依次增大的六种元素A、B、C、D、E、F位于周期表的前四周期．A原子的最外层电子数是其内层电子数的2倍，最外层电子数不超过8，原子只能有2个电子层，最外层电子数为4，故A为碳元素；E的最外层只有1个电子，但次外层有18个电子，则E为Cu，F位于周期表的ds区，最外层有2个电子，则F为Zn；C有2个电子层且基态原子的s轨道和p轨道的电子总数相等，核外电子排布为1s²2s²2p⁴故，故C为O元素；C与D同主族相邻，则D为S元素．B的原子序数介于碳、氧之间，所以B为N元素．
（1）Cu处于第四周期IB族，Cu²⁺的价电子排布中3d轨道有9个电子；
（2）D为S元素，处于周期表中第四周期VIA族；
（3）每个环上含有6个原子，而没个原子为3个环共用；
（4）化合物CO₂分子为直线形结构，碳原子采取sp杂化；
（5）KMnO₄酸性溶液吸收SO₂气体时，MnO₄^-被还原为Mn²⁺，SO₂被氧化为SO₄^2-，根据元素守恒和电荷守恒书写；
（6）计算1mol碳完全燃烧生成二氧化碳放出的热量，注明物质的聚集状态与反应热书写热化学方程式；
（7）氧与Cu形成一种红色化合物X为Cu₂O，Cu₂O溶解于稀硫酸得到一种红色固体单质和蓝色溶液，即反应生成Cu与硫酸铜；
（8）根据均摊法计算晶胞中Zn、S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．

解答 解：原子序数依次增大的六种元素A、B、C、D、E、F位于周期表的前四周期．A原子的最外层电子数是其内层电子数的2倍，最外层电子数不超过8，原子只能有2个电子层，最外层电子数为4，故A为碳元素；E的最外层只有1个电子，但次外层有18个电子，则E为Cu，F位于周期表的ds区，最外层有2个电子，则F为Zn；C有2个电子层且基态原子的s轨道和p轨道的电子总数相等，核外电子排布为1s²2s²2p⁴故，故C为O元素；C与D同主族相邻，则D为S元素．B的原子序数介于碳、氧之间，所以B为N元素．
（1）Cu处于第四周期IB族，Cu²⁺的价电子排布中3d轨道有9个电子，价电子排布式为：3d⁹，
故答案为：3d⁹；
（2）D为S元素，处于周期表中第四周期VIA族，
故答案为：第四周期VIA族；
（3）每个环上含有6个原子，而没个原子为3个环共用，则其中一个最小环占有A原子为6×$\frac{1}{3}$=2 个，
故答案为：2；
（4）化合物CO₂分子为直线形结构，碳原子采取sp杂化，为对称性结构，属于非极性分子，
故答案为：sp；非极性；
（5）KMnO₄酸性溶液吸收SO₂气体时，MnO₄^-被还原为Mn²⁺，SO₂被氧化为SO₄^2-，该反应的离子方程式为5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O═2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺，
故答案为：5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O═2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺；
（6）1mol碳完全燃烧生成二氧化碳放出的热量为a kJ×$\frac{1mol×12g/mol}{1g}$=12a kJ，碳单质燃烧热的热化学方程式为：C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-12a kJ/mol，
故答案为：C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-12a kJ/mol；
（7）氧与Cu形成一种红色化合物X为Cu₂O，Cu₂O溶解于稀硫酸得到一种红色固体单质和蓝色溶液，即反应生成Cu与硫酸铜，该反应的离子方程式为：Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O，
故答案为：Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O；
（8）S与Zn形成化合物的晶胞中，S在晶胞内部，原子数为4，Zn在顶点和面心，Zn的原子数为$\frac{1}{8}$×8+$\frac{1}{2}$×6=4，所以其化学式为ZnS，
晶胞的质量为$\frac{4×97}{{N}_{A}}$g，晶胞边长为a nm，则晶胞的体积为（a×10^-7 cm）³，所以晶体的密度为ρ=$\frac{4×97}{{N}_{A}}$g÷（a×10^-7 cm）³=$\frac{388}{{N}_{A}×（a×1{0}^{-7}）^{3}}$g/cm³，
故答案为：ZnS；$\frac{388}{{N}_{A}×（a×1{0}^{-7}）^{3}}$．

点评 本题考查物质结构和性质，涉及核外电子排布、晶胞计算、分子结构、杂化轨道、氧化还原反应、热化学方程式书写等，需要学生具备扎实的基础与灵活运用能力．