Question

3．已知A、B、C、D、E、F都是周期表中前四周期的元素，它们的核电荷数依次增大．其中A原子核外有三个未成对电子；B的最外层电子数为其内层电子数的3倍；A与C可形成离子化合物C₃A₂；D是地壳中含量最多的金属元素；E原子核外的M层中有两对成对电子；F原子核外最外层只有1个电子，其余各层电子均充满．根据以上信息，回答下列问题：（A、B、C、D、E、F用所对应的元素符号表示）

（1）F原子的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，A、B、C、D、E的第一电离能最小的是Al．
（2）C的氧化物的熔点远高于E的氧化物的熔点，原因是MgO为离子晶体而SO₂和SO₃为分子晶体．
（3）比较B、E的氢化物的沸点H₂O大于H₂S．
（4）A的最高价含氧酸根离子中，其中心原子是sp²杂化，E的低价氧化物的空间构型为V形．
（5）A、D形成某种化合物的晶胞结构如图1，则其化学式为AlN．
（6）F单质的晶体的晶胞结构如图2．若F原子的半径是r cm，则F单质的密度的计算公式是$\frac{256}{（{2r\sqrt{2}）}^{3}{N}_{A}}$．（用N_A表示阿伏伽德罗常数）

Answer 1

分析 B的最外层电子数为其内层电子数的3倍，最外层最多为8个电子，则B只能含有2个电子层，最外层为6个电子，则B为O元素；
D元素是地壳中含量最高的金属元素，所以D为Al元素；E原子核外的M层中有两对成对电子，电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁴，所以E为S元素；
F原子核外最外层只有1个电子，其余各层电子均充满，且F是前四周期的元素，其核外电子数目为2+8+18+1=29，所以F为Cu元素；
A原子核外有三个未成对电子，且原子序数小于13，所以A为N元素，A与C可形成离子化合物C₃A₂，且C的原子序数大于A小于D，所以C是Mg元素，据此进行解答．

解答 解：B的最外层电子数为其内层电子数的3倍，最外层最多为8个电子，则B只能含有2个电子层，最外层为6个电子，则B为O元素；D元素是地壳中含量最高的金属元素，所以D为Al元素；E原子核外的M层中有两对成对电子，电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁴，所以E为S元素；F原子核外最外层只有1个电子，其余各层电子均充满，且F是前四周期的元素，其核外电子数目为2+8+18+1=29，所以F为Cu元素；A原子核外有三个未成对电子，且原子序数小于13，所以A为N元素，A与C可形成离子化合物C₃A₂，且C的原子序数大于A小于D，所以C是Mg元素，
（1）F为Cu元素，其 原子序数=核外电子总数=29，则Cu的原子核外电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹；
A、B、C、D、E分别为：N、O、Mg、Al、S元素，Mg、Al、S元素是同一周期元素，同一周期元素的第一电离能逐渐增大，但镁的2s能级为全满稳定状态，其第一电离能大于铝的第一电离能；金属的第一电离能大于非金属元素，所以5种元素中第一电离能最小的为Al，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹；Al；
（2）氧化镁是离子晶体，SO₂和SO₃为分子晶体，离子晶体的熔点远大于分子晶体的熔点，
故答案为：MgO为离子晶体而SO₂和SO₃为分子晶体；
（3）B为O、E为S，二者氢化物分别为水和硫化氢，由于水分子间存在氢键作用力大于硫化氢分子间的范德华力，所以水的沸点大于硫化氢，
故答案为：H₂O大于H₂S；
（4）NO₃^-中价层电子对=3+$\frac{1}{2}$（5+1-3×2）=3，所以N原子采取sp²杂化，D的低价氧化物是SO₂，SO₂的价层电子对=2+$\frac{1}{2}$（6-2×2）=3、含有一个孤电子对，所以分子空间构型是V型，
故答案为：sp²；V形；
（5）Al原子位于面心、顶点，N原子位于晶胞体内，该晶胞中Al原子数目=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，N原子数目=4，所以其化学式为：AlN，
故答案为：AlN；
（6）Cu晶胞中Cu原子数目=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，晶胞质量=$\frac{64×4}{{N}_{A}}$g，铜原子的半径是rcm，则棱长=4rcm×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=2$\sqrt{2}$r cm，则晶胞体积=（2$\sqrt{2}$r cm）³，故晶体的密度为：$\frac{\frac{64×4}{{N}_{A}}g}{（2\sqrt{2}{r）}^{3}}$=$\frac{256}{（{2r\sqrt{2}）}^{3}{N}_{A}}$g/cm³，
故答案为：$\frac{256}{（{2r\sqrt{2}）}^{3}{N}_{A}}$．

点评 本题以元素的推断为载体，考查了核外电子排布、分子空间构型、原子的杂化、晶胞计算等，注意第ⅡA和第ⅢA族、第ⅤA族和第ⅥA族之间第一电离能异常，注意根据均摊法进行晶胞计算．