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20.已知A、B、C、D、E、F是周期表前四周期的元素,原子序数依次增大.A的基态原子2p能级有2个单电子;C是地壳中含量最多的元素;E的单质常温常压下为黄绿色气体,化学性质十分活泼,具有毒性;F位于ds区,最外能层有单电子,是热和电最佳导体之一,是唯一的能大量天然产出的金属;D与F不同周期,但最外能层电子数相等.

(1)写出基态D原子的价电子排布式3s1
(2)A、B、C三种元素第一电离能最大的是N(用元素符号表示),其原因是同一周期随着原子序数的递增,元素的第一电离能总体呈现增大趋势,N原子原子2p轨道为半满稳定状态,能量较低.
(3)A、C两元素形成的化合物AC2的分子空间构型直线型.与 AC2互为等电子体的粒子的化学式N2O、NO2+或BO2-
(4)D、E形成的一种离子化合物,在图1晶胞结构图中黑球表示E的位置,白球表示D的位置,已知该晶胞的边长为n cm,阿伏加德罗常数为NA,求晶胞的密度ρ=$\frac{234}{{n}^{3}•{N}_{A}}$g/cm3(用含n、NA的计算式表示).
(5)由F原子形成的晶胞结构如图2,F原子的半径为r,列式表示E原子在晶胞中的空间利用率$\frac{\sqrt{2}π}{6}$(不要求计算结果).

分析 A、B、C、D、E、F是周期表前四周期的元素,原子序数依次增大.A的基态原子2p能级有2个单电子,原子核外电子排布式为1s22s22p2,故A为碳元素;C占整个地壳质量的48.6%,是地壳中含量最多的元素,则C为O元素;E的单质常温常压下为黄绿色气体,化学性质十分活泼,具有毒性,则E为Cl;F位于ds区,最外能层有单电子,是热和电最佳导体之一,是唯一的能大量天然产出的金属,F为Cu;D与F不同周期,但最外能层电子数相等,D的原子序数大于氧、小于Cl,可知D为Na,
(1)D为Na,处于第三周期IA族;
(2)同一周期随着原子序数的递增,元素的第一电离能总体呈现增大趋势,N原子原子2p轨道为半满稳定状态,能量较低;
(3)A、C两元素形成的化合物CO2的分子空间构型为直线形,原子数目相等、价电子总数也相等的微粒互为等电子体;
(4)利用均摊法计算晶胞中氯离子、钠离子数目,表示出晶胞质量,再根据ρ=$\frac{m}{V}$计算晶胞密度;
(5)根据均摊法计算晶胞中F原子数目,进而计算晶胞中F原子总体积,面对角线上的原子相邻,晶胞棱长为面对角线长度的$\frac{\sqrt{2}}{2}$倍,计算晶胞体积,F原子在晶胞中的空间利用率=$\frac{原子体积}{晶胞体积}$.

解答 解:A、B、C、D、E、F是周期表前四周期的元素,原子序数依次增大.A的基态原子2p能级有2个单电子,原子核外电子排布式为1s22s22p2,故A为碳元素;C占整个地壳质量的48.6%,是地壳中含量最多的元素,则C为O元素;E的单质常温常压下为黄绿色气体,化学性质十分活泼,具有毒性,则E为Cl;F位于ds区,最外能层有单电子,是热和电最佳导体之一,是唯一的能大量天然产出的金属,F为Cu;D与F不同周期,但最外能层电子数相等,D的原子序数大于氧、小于Cl,可知D为Na,
(1)D为Na,其价电子排布式为:3s1
故答案为:3s1
(2)同一周期随着原子序数的递增,元素的第一电离能总体呈现增大趋势,氧原子的第一电离能小于氮原子的原因是,氧原子的3个2p轨道上排布4个电子,必然有一个2p轨道上占2个电子,这两个电子在同一个2p轨道上增大了相互之间的排斥力,使得氧原子容易失去一个电子,
故答案为:N;同一周期随着原子序数的递增,元素的第一电离能总体呈现增大趋势,N原子原子2p轨道为半满稳定状态,能量较低;
(3)A、C两元素形成的化合物CO2的分子空间构型为直线形,与CO2互为等电子体的粒子的化学式有N2O、NO2+ 等,
故答案为:直线型;N2O  NO2+ 或BO2-
(4)E为Cl、D为Na,晶胞中氯离子数目为:8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4,钠离子数目为:1+12×$\frac{1}{4}$=4,则晶胞质量为:4×$\frac{58.5}{{N}_{A}}$g,晶胞的边长为n cm,则晶胞的密度ρ=4×$\frac{58.5}{{N}_{A}}$g÷(n cm)3=$\frac{234}{{n}^{3}•{N}_{A}}$g/cm3
故答案为:$\frac{234}{{n}^{3}•{N}_{A}}$;
(5)晶胞中F原子数目为:8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4,F原子的半径为r,则F原子总体积为:4×$\frac{4}{3}$πr3,晶胞棱长为4r×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=2$\sqrt{2}$r,则晶胞体积为(2$\sqrt{2}$r)3,则F原子在晶胞中的空间利用率为:$\frac{4×\frac{4}{3}π{r}^{3}}{(2\sqrt{2}r)^{3}}$=$\frac{\sqrt{2}π}{6}$,
故答案为:$\frac{\sqrt{2}π}{6}$.

点评 本题考查晶胞计算,题目难度较大,涉及核外电子排布、电离能、空间构型、等电子体、晶胞计算等知识,掌握均摊法进行晶胞有关计算,注意同周期第一电离能异常情况,试题培养了学生的分析、理解能力及化学计算能力.

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