Question

18．已知A、B、C、D、E五种元素的原子序数依次递增，A、B、C、D位于短周期．A位于周期表的s区，其原子中电子层数和未成对电子数相同；B的基态原子中电子占据三种能量不同的原子轨道，且每种轨道中的电子总数相同；D原子最外层电子数是次外层电子数的3倍．E有“生物金属”之称，E⁴⁺和氩原子的核外电子排布相同．
请回答下列问题：
（1）B、C、D三种元素的电负性由小到大的顺序为C＜N＜O，E的基态原子的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²．
（2）由B、D形成的BD₃^2-离子中，其VSEPR模型名称是平面三角形，离子的中心原子采用sp²杂化．
（3）已知由A、C、D三种元素按照4：2：3的原子个数比可形成某离子化合物，常温下测得该离子化合物的水溶液pH=5，则该溶液中水电离出的氢离子浓度为10^-5mol/L．
（4）D、E和钡三种元素构成的某化合物的晶胞结构如图所示，该化合物的化学式为BaTiO₃．纳米级的EO₂是一种广泛使用的催化剂，实验室往往通过ECl₄在大量水中加热水解制得EO₂•xH₂O，该反应的化学方程式为TiCl₄+（x+2）H₂O$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$TiO₂•xH₂O+4HCl．

Answer 1

分析 A、B、C、D、E五种元素的原子序数依次递增，A、B、C、D位于前三周期，A位于周期表的s区，其原子中电子层数和和未成对电子数相同，则A为氢元素；B的基态原子中电子占据三种能量不同的原子轨道，且每种轨道中的电子总数相同，原子核外电子数排布为1s²2s²2p²，故B为碳元素；D原子最外层电子数是次外层电子数的3倍，原子只能有2个电子层，最外层电子数为6，故D为氧元素；C原子序数介于碳、氧之间，故C为氮元素；E有“生物金属”之称，E⁴⁺离子和氩原子的核外电子排布相同，E原子核外电子数为18+4=22，故E为Ti，据此解答．

解答 解：A、B、C、D、E五种元素的原子序数依次递增，A、B、C、D位于前三周期，A位于周期表的s区，其原子中电子层数和和未成对电子数相同，则A为氢元素；B的基态原子中电子占据三种能量不同的原子轨道，且每种轨道中的电子总数相同，原子核外电子数排布为1s²2s²2p²，故B为碳元素；D原子最外层电子数是次外层电子数的3倍，原子只能有2个电子层，最外层电子数为6，故D为氧元素；C原子序数介于碳、氧之间，故C为氮元素；E有“生物金属”之称，E⁴⁺离子和氩原子的核外电子排布相同，E原子核外电子数为18+4=22，故E为Ti．
（1）同一周期元素，元素电负性随着原子序数增大而增大，所以这三种元素电负性C＜N＜O；
E是Ti元素，根据构造原理知Ti的基态原子的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²，
故答案为：C＜N＜O；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²；
（2）由C、O形成的CO₃^2-离子中，根据价层电子对互斥理论知，该离子中价层电子对个数是3且不含孤电子对，所以VSEPR模型名称是平面三角形，中心原子杂化方式为sp²，
故答案为：平面三角形；sp²；
（3）由H、N、O三种元素按照4：2：3的原子个数比可形成某离子化合物为NH₄NO₃，硝酸铵是强酸弱碱盐，铵根离子水解导致溶液呈酸性，常温下测得该离子化合物的水溶液pH=5，则该溶液中水电离出的氢离子浓度=10^-pHmol/L=10^-5mol/L，
故答案为：10^-5mol/L；
（4）O、Ti和钡三种元素构成的某化合物，根据均摊法知，Ba原子个数是1，O原子个数=12×$\frac{1}{4}$=3，Ti原子个数=8×$\frac{1}{8}$=1，所以其化学式为BaTiO₃；
纳米级的TiO₂是一种广泛使用的催化剂，实验室往往通过TiCl₄在大量水中加热水解制得TiO₂•xH₂O，根据反应物、生成物及反应条件知该反应方程式为TiCl₄+（x+2）H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO₂•xH₂O+4HCl，
故答案为：BaTiO₃； TiCl₄+（x+2）H₂O$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$TiO₂•xH₂O+4HCl．

点评 本题是对物质结构的考查，推断元素是解题关键，涉及核外电子排布、电负性、价层电子对数互斥理论、杂化方式、盐类水解、晶胞计算等，需要学生具备扎实的基础，难度中等．