Question

20．已知A、B、C、D四种短周期元素，它们的核电荷数依次增大．A与C原子的基态电子排布中L能层都有两个未成对电子，C、D同主族． E、F都是第四周期元素，E原子的基态电子排布中有4个未成对电子，F原子除最外能层只有1个电子外，其余各能层均为全充满．根据以上信息填空：
（1）基态D原子中，电子占据的最高能层符号M，该能层具有的原子轨道数为9．
（2）E²⁺离子的价层电子排布图是，F原子的电子排布式是1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹．
（3）A元素的最高价氧化物对应的水化物中心原子采取的轨道杂化方式为sp²，B元素的气态氢化物的VSEPR模型为四面体形．
（4）化合物AC₂、B₂C和阴离子DAB^-互为等电子体，它们结构相似，DAB^-的电子式为．
（5）配合物甲的焰色反应呈紫色，其内界由中心离子E³⁺与配位体AB^-构成，配位数为6，甲的水溶液可以用于实验室中E²⁺离子的定性检验，检验E²⁺离子的离子方程为3Fe²⁺+2[Fe（CN）₆]^3-=Fe₃[Fe（CN）₆]₂↓．
（6）某种化合物由D，E，F三种元素组成，其晶胞如图所示，则其化学式为CuFeS₂，该晶胞上下底面为正方形，侧面与底面垂直，根据图中所示的数据列式计算该晶体的密度d=$\frac{\frac{164}{6.02×1{0}^{23}}×4}{a{b}^{2}}$g/cm³．（列出计算式，无需计算）

Answer 1

分析 A、B、C、D四种短周期元素，它们的核电荷数依次增大，A与C原子的基态电子排布中L能层都有两个未成对电子，且A原子序数需要C，则A是C、C是O元素，B元素原子序数介于A和C之间，则B是N元素；C、D同主族，则D是S元素；
 E、F都是第四周期元素，F原子除最外能层只有1个电子外，其余各能层均为全充满，则F是Cu元素；E原子的基态电子排布中有4个未成对电子，则E是Fe元素；
（1）D是S元素，S原子核外有K、L、M三个电子层，基态S原子中，电子占据的最高能层符号M，该能层有1个s轨道、3个p轨道、5个d轨道；
（2）E是Fe元素，Fe原子失去最外层2个电子生成Fe²⁺，其3d电子为其价电子，根据构造原理书写Cu原子的电子排布式；
（3）根据价层电子对互斥理论判断原子杂化方式和分子VSEPR模型；
（4）等电子体结构和性质相似，根据二氧化碳结构书写该离子电子式；
（5）配合物甲的焰色反应呈紫色，含有K元素，其内界由中心离子Fe³⁺与配位体CN^-构成，配位数为6，甲为K₃[Fe（CN）₆]，甲的水溶液可以用于实验室中Fe²⁺离子的定性检验；
（6）根据均摊分确定该晶胞化学式；其密度=$\frac{m}{V}$．

解答 解：A、B、C、D四种短周期元素，它们的核电荷数依次增大，A与C原子的基态电子排布中L能层都有两个未成对电子，且A原子序数需要C，则A是C、C是O元素，B元素原子序数介于A和C之间，则B是N元素；C、D同主族，则D是S元素；
 E、F都是第四周期元素，F原子除最外能层只有1个电子外，其余各能层均为全充满，则F是Cu元素；E原子的基态电子排布中有4个未成对电子，则E是Fe元素；
（1）基态S原子中电子占据的最高能层为第3能层，符号M，该能层有1个s轨道、3个p轨道、5个d轨道，共有9 个原子轨道，故答案为：M；9；
（2）Fe²⁺离子的价层电子排布3d⁶，其价层电子排布图是，F为Cu元素，原子核外有29个电子，原子的电子排布式是1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，
故答案为：；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹；
（3）碳元素的最高价氧化物对应的水化物为H₂CO₃，分子结构式为，中心C原子成3个σ键、没有孤电子对，C原子采取sp²杂化方式；B的气态氢化物为NH₃，N原子价层电子对个数是4且含有一个孤电子对，所以其VSEPR模型为四面体形，故答案为：sp²；四面体形；
（4）化合物CO₂、N₂O和阴离子SCN^-互为等电子体，它们结构相似，SCN^-中C原子与S、N原子之间形成2对共用电子对，SCN^-的电子式为，
故答案为：；
（5）配合物甲的焰色反应呈紫色，含有K元素，其内界由中心离子Fe³⁺与配位体CN^-构成，配位数为6，甲为K₃[Fe（CN）₆]，甲的水溶液可以用于实验室中Fe²⁺离子的定性检验，检验Fe²⁺离子的离子方程式为：3Fe²⁺+2[Fe（CN）₆]^3-=Fe₃[Fe（CN）₆]₂↓，
故答案为：3Fe²⁺+2[Fe（CN）₆]^3-=Fe₃[Fe（CN）₆]₂↓；
（6）晶胞中D（S）原子位于晶胞内部，原子数目为8个，E（Fe）原子6个位于面上、4个位于棱上，E（Fe）原子数目=6×$\frac{1}{2}$+4×$\frac{1}{4}$=4，F（Cu）原子位于4个位于面上、1个内部、8个顶点上，原子数目=4×$\frac{1}{2}$+1+8×$\frac{1}{8}$=4，晶体中Cu、Fe、S原子数目之比=4：4：8=1：1：2，故该晶体化学式为：CuFeS₂，
晶胞质量=$\frac{（56+64+32×2）g/mol}{6.02×1{0}^{23}/mol}$×4，晶胞体积=（bcm）²×acm=ab²cm³，
该晶体的密度d=（$\frac{（56+64+32×2）g/mol}{6.02×1{0}^{23}/mol}$×4）÷ab²cm³=$\frac{\frac{164}{6.02×1{0}^{23}}×4}{a{b}^{2}}$g/cm³，
故答案为：CuFeS₂；$\frac{\frac{164}{6.02×1{0}^{23}}×4}{a{b}^{2}}$．

点评 本题考查物质结构和性质，为高频考点，涉及晶胞计算、离子方程式书写、电子式书写、核外电子排布式书写等知识点，侧重考查学生分析计算及空间想象能力，明确构造原理、价层电子对互斥理论、均摊分等基本理论是解本题关键，难点是晶胞计算．