Question

6．前四周期A、B、C、D、E、F、G原子序數(shù)依次增大，A元素的質(zhì)子數(shù)和質(zhì)量數(shù)相等，B元素具有三個能級且所排電子數(shù)相同，D元素2p能級上電子數(shù)是2s能級的兩倍；D和E相鄰且同主族．F是第四周期未成對電子最多的原子，G是目前使用量最多的金屬．
請回答下列問題：（用推出的元素符號或者化學式作答）
（1）F的價電子排布式為3d⁵4s¹，B、C、D三種元素的第一電離能從大到小的順序為N＞O＞C．
（2）BD₃^2-中B原子的雜化方式為sp²雜化，該離子的空間構型為平面正三角形
（3）寫出一種由A、C、D組成且既含離子鍵又含共價鍵的物質(zhì)的化學式NH₄NO₃或者NH₄NO₂，化合物ABC中σ鍵和π鍵數(shù)目之比為1：1，C的氣態(tài)氫化物在一定的壓強下，測得的密度比該壓強下理論密度略大，請解釋原因NH₃通過氫鍵形成“締合”分子，導致相對分子質(zhì)量增大，分子間作用力增強，分子間距離減小，導致密度反常增大．
（4）E和G形成的某種晶胞如下圖所示：其中白球表示E，黑球表示G．則該物質(zhì)的化學式為FeS，假設該晶胞的密度為ρ g/cm³，用N_A表示阿伏加德羅常數(shù)，則該晶胞中距離最近的G原子之間的距離為$\frac{\sqrt{2}}{2}$×$\root{3}{\frac{352}{{ρ×N}_{A}}}$cm．

Answer 1

分析 根據(jù)“A元素的質(zhì)子數(shù)和質(zhì)量數(shù)相等”推知A為H（氫）；根據(jù)“B元素具有三個能級且所排電子數(shù)相同”推知B為C（碳）；根據(jù)“D元素2p能級上電子數(shù)是2s能級的兩倍”推知D為O（氧）；根據(jù)“B、C、D原子序數(shù)依次增大”推知C為N（氮）；根據(jù)“D和E相鄰且同主族”推知E為S（硫）；第四周期中Cr元素的未成對電子高達6個最多，故F為Cr（鉻）；根據(jù)“G是目前使用量最多的金屬”推知G為Fe（鐵）．
（1）Cr的價電子排布式是保證3d能級和4s能級都處于半充滿狀態(tài)，更加穩(wěn)定；第一電離能同一周期從左到右呈增大趨勢，Ⅱ_A族、Ⅴ族反常；
（2）計算CO₃^2-中碳原子孤電子對數(shù)、價層電子對數(shù)，確定碳原子雜化方式、微粒的空間構型；
（3）銨鹽屬于離子化合物存在離子鍵也存在共價鍵；HCN分子中存在兩條σ鍵和2條π鍵；NH₃通過氫鍵形成“締合”分子；
（4）根據(jù)均攤法計算晶胞中Fe、S原子數(shù)目，約成最簡整數(shù)比既得化學式；計算晶胞質(zhì)量，根據(jù)密度×體積=質(zhì)量的公式，假設該晶胞的邊長為a，代入數(shù)據(jù)得a，二者距離最近的S原子之間距離為晶胞邊長的$\frac{\sqrt{2}}{2}$．

解答 解：根據(jù)“A元素的質(zhì)子數(shù)和質(zhì)量數(shù)相等”推知A為H（氫）；根據(jù)“B元素具有三個能級且所排電子數(shù)相同”推知B為C（碳）；根據(jù)“D元素2p能級上電子數(shù)是2s能級的兩倍”推知D為O（氧）；根據(jù)“B、C、D原子序數(shù)依次增大”推知C為N（氮）；根據(jù)“D和E相鄰且同主族”推知E為S（硫）；第四周期中Cr元素的未成對電子高達6個最多，故F為Cr（鉻）；根據(jù)“G是目前使用量最多的金屬”推知G為Fe（鐵）．
（1）Cr的價電子排布式是保證3d能級和4s能級都處于半充滿狀態(tài)，更加穩(wěn)定，故Cr的價電子排布為3d⁵4s¹；
第一電離能同一周期從左到右呈增大趨勢，Ⅱ_A族、Ⅴ族反常，故的原動力N＞O＞C；
故答案為：3d⁵4s¹；N＞O＞C；
（2）CO₃^2-中C原子孤電子對數(shù)=$\frac{4+2-2×3}{2}$=0，價層電子對數(shù)=3+0=3，故碳原子雜化方式為sp²雜化，空間構型為平面正三角形，
故答案為：sp²雜化；平面正三角形；
（3）銨鹽屬于離子化合物存在離子鍵也存在共價鍵，三種元素形成的銨鹽可以是NH₄NO₃或者NH₄NO₂；
HCN中存在兩條σ鍵和2條π鍵，二者之比為1：1；
NH₃通過氫鍵形成“締合”分子，導致相對分子質(zhì)量增大，分子間作用力增強，分子間距離減小，導致密度反常增大，
故答案為：NH₄NO₃或者NH₄NO₂；1：1；NH₃通過氫鍵形成“締合”分子，導致相對分子質(zhì)量增大，分子間作用力增強，分子間距離減小，導致密度反常增大；
（4）黑球鐵處于晶胞晶胞，晶胞中含有4個Fe原子，白球S處于頂點和面心，晶胞中含有S原子數(shù)目為6×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{8}$=4，約成最簡整數(shù)比既得化學式為FeS，
晶胞質(zhì)量為4×$\frac{56+32}{{N}_{A}}$g，假設該晶胞的邊長為a cm，則（a cm）³×ρ g/cm³=4×$\frac{56+32}{{N}_{A}}$g，則a=$\root{3}{\frac{352}{{ρ×N}_{A}}}$，距離最近的S原子之間距離為晶胞邊長的$\frac{\sqrt{2}}{2}$，故S原子之間距離為$\frac{\sqrt{2}}{2}$×$\root{3}{\frac{352}{{ρ×N}_{A}}}$ cm，
故答案為：FeS；$\frac{\sqrt{2}}{2}$×$\root{3}{\frac{352}{{ρ×N}_{A}}}$．

點評 本題是對物質(zhì)結構與性質(zhì)的考查，涉及核外電子排布、電離能、電負性、分子結構與性質(zhì)、氫鍵、晶胞計算等，是對物質(zhì)結構主干知識的綜合考查，注意同周期第一電離能異常情況，（5）中計算為易錯點、難點，需要學生具備一定的數(shù)學計算能力．