Question

[化学——选修3：物质结构与性质]（15分）
已知元素A、B、C、D、E、F均属前四周期且原子序数依次增大, 其中A含有3个能级，且每个能级所含的电子数相同，C的基态原子2p轨道有2个未成对电子；C与D形成的化合物中C显正化合价；E的M层电子数是N层电子数的4倍，F除最外层原子轨道处于半充满状态，其余能层均充满电子，请回答下列问题：
（1）元素A、B、C的第一电离能由小到大的是_______（用元素符号表示)。
（2）F原子的外围电子排布式为_______，F的晶体中原子的堆积方式是下图中的_______(填写“甲”、“乙”或“丙”)。

（3）B与C形成的四原子阴离子的立体构型为      ，其中B原子的杂化类型是       。
（4）任写一种与AB^－离子互为等电子体的离子       。
（5）F(OH)₂难溶于水，易溶于氨水，写出其溶于氨水的离子方程式                    。
（6）D和E形成的化合物的晶胞结构如图,其化学式为          ，

已知晶体的密度为g·cm^－3，阿伏加德罗常数为N_A，
则晶胞边长a=          cm。（用、N_A的计算式表示)
（7）A、B、C三种元素和氢元素形成的氰酸有两种结构，一种分子  
内含有叁键，称为氰酸，另一种分子内不含叁键，称为异氰酸，   
且两种结构中所有原子最外层均已达到稳定结构，分子中也不含环状结构。请分别写
出氰酸和异氰酸的结构式：_______________、______________。

Answer 1

（1）C O N（1分）
（2）3d¹⁰4s¹ （1分） 丙（1分）
（3）平面三角形（1分），sp²（1分）
（4）C₂^2- 或O₂²⁺（2分） 
（5）Cu(OH)₂+4NH₃·H₂O = Cu(NH₃)₄²⁺ + 2OH^- + 4H₂O[或Cu(OH)₂+4NH₃ = Cu(NH₃)₄²⁺ + 2OH^-]（2分）    
（6）CaF₂（2分）     （2分）
（7）（1分）（1分）

试题分析：首先确定A为碳元素，C为氧元素，根据“A、B、C”序数依次增大，确定B为氮元素，又根据“C与D形成的化合物中C显正化合价”可确定D为非金属性最强的氟元素，根据“E的M层电子数是N层电子数的4倍”确定E为钙元素，最后根据“F除最外层原子轨道处于半充满状态，其余能层均充满电子”确定F为铜元素。
⑴根据C、N、O的非金属性大小为C＜N＜O，则第一电离能大小为C＜O＜N（反常）。
⑵根据Cu原子的基态电子排布式为[Ar]3d¹⁰4s¹，则其外围电子的排布式为3d¹⁰4s¹；金属铜的堆积方式为面心立方最密堆积（丙图）。
⑶N与O形成的四原子阴离子为NO₃^-，中心原子的?键数＝3，孤对电子对数＝，则中心原子的价电子对数为3，属于sp²杂化，由于无孤对电子，故其空间构型为平面三角形。
⑷根据“增减找邻、同族互换”原则可得CN^－的等电子体离子有C₂^2- 或O₂²⁺。
⑸Cu(OH)₂溶于氨水生成Cu(NH₃)₄(OH)₂（强电解质），据此可写出该反应的离子方程式。
⑹F与Ca形成的化合物为CaF₂，在CaF₂的晶胞中含有Ca：8×1/8+6×1/2=4（个），含F：8×1＝8（个）则该晶胞的密度为，化简得a=cm。
⑺根据由碳、氮、氧、氢元素构成的氰酸“分子内含有叁键，所有原子最外层均已达到稳定结构，分子中也不含环状结构”可确定其结构式为；同理可确定异氰酸（分子内不含叁键）的结构式为。