Question

15．已知：A．B．C．D为周期表1-36号中的元素，它们的原子序数逐渐增大．A的基态原子有3个不同的能级，各能级中电子数相等：C的基态原子2p能级上的未成对电子数与A原子相同：D的基态原子的M电子层上有4个未成对电子．
请回答下列问题：
（1 ）D元素在元素周期表中位于d区；其正二价离子的外围电子排布式为3d⁶
（2）A．B，C三种元素的第一电离能从大到小的顺序为N＞O＞C（用元素符号表示）．
（3）由A，B，C形成的离子CAB^一与分子AC₂互为等电子体，则CAB^一中A原子的杂化方式为sp．B的最简单氢化物的沸点远高于A的最简单氢化物的沸点．其主要原因是NH₃分子间存在氢键，而CH₄分子间只存在范德华力，氢键作用力远大于范德华力，所以NH₃的沸点更高
（4）D与AC易形成配合物D（AC）₅，在D（AC）₅中D的化合价为0．已知D（AC）₅常温下呈液态，熔点为-20.5℃，沸点为103℃，易溶于非极性溶剂，据此可判断D（AC）₅晶体属于分子晶体（填晶体类型））
（5）原子体AC₂的晶胞可作如下推导：先将NaCl晶胞中的所有C1^-去掉，并将Na⁺全部换成A原子，再在每两个不共面的“小立方体”中心处各放置一个A原子便构成了晶体A的一个晶胞．假设再在每两个距离最近的A原子中心连线的中点处增添一个C原子，便构成了AC₂晶胞，则AC₂晶胞中有8个A原子，16个C原子，若AC₂的晶体的密度为d g．cm^-3，则AC原子间的最短距离为$\frac{\sqrt{3}}{8}×\root{3}{\frac{352}{{N}_{A}}}$cm．

Answer 1

分析 A、B、C、D为周期表1～36号中的元素，它们的原子序数逐渐增大，A的基态原子有3个不同的能级，各能级中电子数相等，核外电子排布为1s²2s²2p²，则A为C元素；C的基态原子2p能级上的未成对电子数与A原子相同，核外电子排布为1s²2s²2p⁴，则C为O元素；B元素原子序数介于碳、氧之间，则B为N元素；D的基态原子的M电子层上有4个未成对电子，核外电子排布为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，则D为Fe，据此解答．

解答 解：A、B、C、D为周期表1～36号中的元素，它们的原子序数逐渐增大．A的基态原子有3个不同的能级，各能级中电子数相等，核外电子排布为1s²2s²2p²，则A为碳元素；C的基态原子2p能级上的未成对电子数与A原子相同，核外电子排布为1s²2s²2p⁴，则C为O元素；B元素原子序数介于碳、氧之间，则B为N元素；D的基态原子的M电子层上有4个未成对电子，核外电子排布为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，则D为Fe．
（1）D为Fe元素，处于第四周期第ⅤⅢ族，属于d区元素，原子核外有26个电子，基态原子的外围电子排布式为3d⁶4s²，其正二价离子的外围电子排布式为3d⁶，
故答案为：d；3d⁶；
（2）同周期随原子序数增大，元素第一电离能层增大趋势，但是由于N元素得的2p轨道处于半充满状态，故第一电离能氮大于氧，故第一电离能N＞O＞C，
故答案为：N＞O＞C；
（3）离子OCN^-与分子CO₂互为等电子体，则OCN^-中C原子与氧原子、N原子之间分别形成2对共用电子对，C原子的杂化方式为sp；
NH₃分子间存在氢键，而CH₄分子间只存在范德华力，氢键作用力远大于范德华力，所以NH₃的沸点更高，
故答案为：sp；NH₃分子间存在氢键，而CH₄分子间只存在范德华力，氢键作用力远大于范德华力，所以NH₃的沸点更高；
（4）Fe（CO）₅中Fe元素化合价为0价，常温下呈液态，熔点为-20.5℃，沸点为103℃，易溶于非极性溶剂，据此可判断Fe（CO）₅晶体属于分子晶体，
故答案为：0；分子晶体；
（5）NaCl晶胞如图：，则黑球可以看成是C原子，“小立方体”中可放置四个C原子，故CO₂晶胞中有4+1+12×$\frac{1}{4}$=8个C原子，故含有O原子数目为8×2=16；
设“小立方体”的边长为a，中心C原子与小立方体中心C原子的距离为$\frac{\sqrt{3}}{2}$a＜$\sqrt{2}$a，故最近的两个C原子的距离是$\frac{\sqrt{3}}{2}$a，晶胞质量为8×$\frac{44}{{N}_{A}}$g，若CO₂的晶体的密度为d g．cm^-3，则晶胞体积为8×$\frac{44}{{N}_{A}}$g÷d g．cm^-3=$\frac{352}{{N}_{A}}$cm³，则AC原子间的最短距离为$\root{3}{\frac{352}{{N}_{A}}}$cm×$\frac{1}{2}$×$\frac{\sqrt{3}}{2}$×$\frac{1}{2}$=$\frac{\sqrt{3}}{8}×\root{3}{\frac{352}{{N}_{A}}}$cm，
故答案为：8；16；$\frac{\sqrt{3}}{8}×\root{3}{\frac{352}{{N}_{A}}}$．

点评 本题是对物质结构的考查，涉及核外电子排布、电离能、杂化方式、氢键、晶体类型的判断、晶胞计算等，（5）为易错点、难点，需要学生具备一定的空间想象与数学计算能力，熟练识记中学常见晶胞结构．