Question

12．有a、b、c、d、f五种前四周期元素，原子序数依次增大，a、b、c三种元素的基态原子具有相同的能层和能级，第一电离能I₁（a）＜I₁（c）＜I₁（b），且其中基态b原子的2p轨道处于半充满状态，已知bc₂⁺与ac₂互为等电子体，d为周期表前四周期中电负性最小的元索．由f的硫酸盐和氢氧化钠溶液反应，得到蓝色絮状沉淀，加人甲醛能将其还原，有红色f单质产生，该方法也用于检验醛基的存在．回答下列问题（如需表示具体元素请用相应的元素符号）．
（1）写出bc₂⁺的电子式，基态f原子的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹．
（2）写出蓝色絮状沉淀与少最甲醛生成f单质的化学方程式HCHO+2NaOH+4Cu（OH）₂$\stackrel{△}{→}$Na₂CO₃+2Cu₂O↓+6H₂O．
（3）b的简单氢化物极易溶于c的简单氢化物，其主要原因是两种分子都是极性分子，分子之间都能形成氢键．

（4）化合物甲由c、d两种元素组成，其晶胞如甲图，甲的化学式KO₂．
（5）化合物乙的部分结构如乙图，乙由a、b两元素组成，硬度超过金刚石．
①乙的晶体类型为原子晶体，其硬度超过金刚石的原因是C-N键的键长小于C-C键，键能大于C-C键．
②乙的晶体中a、b两种元素原子的杂化方式均为sp³．

Answer 1

分析 a、b、c、d、f五种前四周期元素，原子序数依次增大；基态b原子的2p轨道处于半充满状态，则原子核外电子排布式为1s²2s²2p³，b为N元素；a、b、c三种元素的基态原子具有相同的能层和能级，均处于第二周期，第一电离能I₁（a）＜I₁（c）＜I₁（b），且原子序数a＜b＜c，则c为O元素、a为C元素；d为周期表前四周期中电负性最小的元素，则d为K元素；f的原子序数为29，则f为Cu，
（1）bc₂⁺为NO₂⁺，与CO₂互为等电子体，所以结构也相同；基态Cu原子核外电子29；
（2）HCHO与新制的氢氧化铜悬浊液反应生成碳酸钠、氧化亚铜和水；
（3）b的简单氢化物为氨气是极性分子，c的简单氢化物为水也是极性分子，氨气分子与水分子之间可以形成氢键；
（4）利用均摊法计算；
（5）①原子晶体的硬度很大；共价键键长越短，键能越大；
②晶体中C原子与4个N原子成键，N原子与3个C原子成键，并有1对孤电子对，价层电子对数为4．

解答 解：a、b、c、d、f五种前四周期元素，原子序数依次增大；基态b原子的2p轨道处于半充满状态，则原子核外电子排布式为1s²2s²2p³，b为N元素；a、b、c三种元素的基态原子具有相同的能层和能级，均处于第二周期，第一电离能I₁（a）＜I₁（c）＜I₁（b），且原子序数a＜b＜c，则c为O元素、a为C元素；d为周期表前四周期中电负性最小的元素，则d为K元素；f的原子序数为29，则f为Cu，
（1）bc₂⁺为NO₂⁺，与CO₂互为等电子体，所以结构也相同，故NO₂⁺的电子式为，基态Cu原子核外电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，
故答案为：； 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹；
（2）HCHO与新制的氢氧化铜悬浊液反应生成碳酸钠、氧化亚铜和水，反应方程式为：HCHO+2NaOH+4Cu（OH）₂$\stackrel{△}{→}$Na₂CO₃+2Cu₂O↓+6H₂O；
故答案为：HCHO+2NaOH+4Cu（OH）₂$\stackrel{△}{→}$Na₂CO₃+2Cu₂O↓+6H₂O；
（3）b的简单氢化物为氨气是极性分子，c的简单氢化物为水也是极性分子，氨气分子与水分子之间可以形成氢键，所以氨气极易溶于水，
故答案为：两种分子都是极性分子，分子之间都能形成氢键；
（4）晶胞中K离子位于晶胞的顶点和体心位置，1个晶胞含有K离子的个数为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，晶胞中，由O元素构成的离子个数为：2×（12×$\frac{1}{4}$+1）=8，则甲的化学式为KO₂，故答案为：KO₂；
（5）①化合物N由C、N两元素组成，硬度超过金刚石，则N为原子晶体，由于C-N键的键长小于C-C键，键能大于C-C键，则硬度超过金刚石，
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；
②晶体中C原子与4个N原子成键，N原子与3个C原子成键，并有1对孤电子对，价层电子对数为4，都为sp³杂化，
故答案为：sp³．

点评 本题是对物质结构的考查，涉及电子式、核外电子排布式、等电子体、氢键、杂化轨道、晶胞的计算及晶体的性质等，题目难度中等，需要学生具备扎实的基础，注意杂化类型的判断．