Question

13．原子序数依次增大的A、B、C、D四种元素，B元素的p轨道电子数比s轨道电子数少1，C元素最外层电子数是内层的3倍，D是常见金属元素，其单质与强碱溶液反应可生成A的单质．
（1）D元素基态原子价电子排布式为3s²3p¹．
（2）A、C形成的3原子分子X中键角比A、B形成的4原子分子Y中键角大，原因是NH₃分子中N原子和H₂O中的O原子均是按sp3杂化，N原子有一对孤对电子，而O原子有两对孤对电子，对成键电子的斥力更大，使键角更小．X凝固时体积膨胀，原因是水分子之间含有氢键，水凝固成冰时，水分子排列有序化，体积膨胀，形成的氢键数目增多，在乙醛的X溶液中存在4种类型的氢键．
（3）比较第一电离能大小；B＜C；电负性大小：B＜C．
（4）在一定条件下C、D的化合物与B单质和炭单质反应生成M和还原性可燃气体N，M是B、D形成的晶体，熔点较高，晶胞结构如图，生成M的化学方程式为Al₂O₃+N₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2AlN+3CO．单质Q是N的等电子体，写出Q的电子式．
（5）上述M晶体中所含化学键有共价键、配位键，晶胞中深色黑点为N原子，其杂化方式为sp³，若晶胞体积为Vcm³，晶体密度为ρg•cm³，则可求出N_A=$\frac{81}{ρV}$．

Answer 1

分析 原子序数依次增大的A、B、C、D四种元素，C元素最外层电子数是内层的3倍，最外层最多含有8个电子，则C只能含有2个电子层，最外层含有6个电子，其原子序数为8，故C为O元素；D是常见金属元素，其单质与强碱溶液反应可生成A的单质，该单质为氢气，则D为Al元素，A为H元素；B元素的p轨道电子数比s轨道电子数少1，B的原子序数小于C（O元素），则B含有2个电子层，s轨道的总电子数为4，p轨道的总电子数为3，B原子核外电子排布为1s²2s²2p³，故B的原子序数为7，是N元素，据此进行解答．

解答 解：C元素最外层电子数是内层的3倍，最外层最多含有8个电子，则C只能含有2个电子层，最外层含有6个电子，其原子序数为8，故C为O元素；D是常见金属元素，其单质与强碱溶液反应可生成A的单质，该单质为氢气，则D为Al元素，A为H元素；B元素的p轨道电子数比s轨道电子数少1，B的原子序数小于C（O元素），则B含有2个电子层，s轨道的总电子数为4，p轨道的总电子数为3，B原子核外电子排布为1s²2s²2p³，故B的原子序数为7，是N元素，
（1）D为Al元素，Al元素基态原子最外层含有3个电子，其价电子排布式为3s²3p¹，
故答案为：3s²3p¹；
（2）A、C形成的3原子分子X为水分子，A、B形成的4原子分子Y氨气，根据杂化轨道理论可知NH₃分子中N原子和H₂O中的O原子均是按sp³杂化，但氨分子中只有一对孤电子对，而水分子中有两对孤电子对，根据价层电子对互斥理论，水中氧原子中的了两对孤电子对对成键电子的斥力更大，所以NH₃分子中键角大于H₂O中的键角；
由于水分子之间含有氢键，水凝固成冰时，水分子排列有序化，形成的氢键数目增多，体积膨胀；
乙醛分子之间存在氢键，乙醛中氧元素与水分子的H原子、水的O原子与乙醛的H、水与水之间形成的氢键，所以总共含有4种氢键，
故答案为：NH₃分子中N原子和H₂O中的O原子均是按sp3杂化，N原子有一对孤对电子，而O原子有两对孤对电子，对成键电子的斥力更大，使键角更小；水分子之间含有氢键，水凝固成冰时，水分子排列有序化，体积膨胀，形成的氢键数目增多；4；
 （3）由于N原子的2p轨道处于半满状态，比较稳定，则第一电离能较大，则第一电离能大小为；B＜C；同周期元素从左到右，电负性逐渐增强，电负性大小：B＜C，
故答案为：＜；＜；
（4）在一定条件下C、D的化合物为氧化铝，B单质为氮气，炭单质反应生成M和还原性可燃气体N为CO，M是B、D形成的晶体，熔点较高，根据晶胞结构图可知，Al和N原子数之比为1：1，则M为AlN，生成AlN的化学方程式为：Al₂O₃+N₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2AlN+3CO；单质Q是N的等电子体，N为CO，含有2个原子、14个电子，组成Q的原子含有的电子数为：$\frac{14}{2}$=7，故Q为氮气，氮气分子中含有氮氮三键，则氮气的电子式为：，
故答案为：Al₂O₃+N₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2AlN+3CO；；
（5）上述AlN晶体中所含化学键共价键和配位键，晶胞中深色黑点为N原子，N原子形成3个σ键键和1个配位键，其杂化方式为sp³杂化；
若晶胞体积为Vcm³，晶体密度为ρg•cm³，每个晶胞的质量为：m=ρg•cm³×Vcm³=ρVg，每个晶胞中含有N原子数为：8×$\frac{1}{8}$+1=2，则该晶胞中含有两个AlN分子，故每个晶胞的质量为：$\frac{41}{{N}_{A}}$g×2=ρVg，解得：N_A=$\frac{81}{ρV}$，
故答案为：共价键、配位键；sp³；=$\frac{81}{ρV}$．

点评 本题考查了位置、结构与性质关系的应用，题目难度中等，推断各元素名称为解答关键，注意熟练掌握常见元素的原子结构与元素周期表、元素周期律的关系，（5）为难点，需要掌握晶胞计算的方法与技巧．