Question

9．原子序數(shù)依次增大的四種元素A、B、C、D依次處于第一至第四周期，自然界中存在多種A的化合物，B原子核外電子有6種不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，B與C可形成正四面體形分子，D的基態(tài)原子的最外能層只有一個(gè)電子，其他能層均已充滿電子．
請(qǐng)回答下列問題：
（1）這四種元素中電負(fù)性最大的元素，其基態(tài)原子的價(jià)電子排布圖為．
（2）C所在主族的四種元素分別與A形成的化合物，沸點(diǎn)由高到低的順序是HF＞HI＞HBr＞HCl（填化學(xué)式），呈現(xiàn)如此遞變規(guī)律的原因是HF分子之間形成氫鍵，使其熔沸點(diǎn)較高，HI、HBr、HCl分子之間只有范德華力，相對(duì)分子質(zhì)量越大，范德華力越大，沸點(diǎn)越高．
（3）B元素可形成多種單質(zhì)，一種晶體結(jié)構(gòu)如圖一所示，其原子的雜化類型為sp²，另一種的晶胞如圖二所示，用最簡式表示該晶胞的空間利用率$\frac{{\sqrt{3}π}}{16}$．

（4）D元素形成的單質(zhì)，其晶胞內(nèi)D原子的配位數(shù)為12，D的醋酸鹽晶體局部結(jié)構(gòu)如圖三，該晶體中含有的化學(xué)鍵是①②③（填選項(xiàng)序號(hào)）．
①極性鍵     ②非極性鍵     ③配位鍵     ④金屬鍵
（5）D元素形成的單質(zhì)，既不溶于氨水也不溶于雙氧水，但溶于兩者的混合溶液．寫出該反應(yīng)的離子方程式Cu+4NH₃•H₂O+H₂O₂=[Cu（NH₃）₄]²⁺+4H₂O+2OH^-．

Answer 1

分析 原子序數(shù)依次增大的四種元素A、B、C、D分別處于第一至第四周期，自然界中存在多種A的化合物，則A為氫元素；B原子核外電子有6種不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即核外有6個(gè)電子，則B為碳元素；D的基態(tài)原子的最外能層只有一個(gè)電子，其他能層均已充滿電子，D原子外圍電子排布為3d¹⁰4s¹，則D為銅元素；結(jié)合原子序數(shù)可知，C只能處于第三周期，B與C可形成正四面體型分子，則B為氯元素．
（1）四種元素中電負(fù)性最大的是Cl，其基態(tài)原子的價(jià)電子排布為3s²3p⁵；
（2）HF分子間存在氫鍵，沸點(diǎn)最高，其它鹵化氫隨著相對(duì)分子質(zhì)量遞增，其沸點(diǎn)升高；
（3）圖一為平面結(jié)構(gòu)，在其層狀結(jié)構(gòu)中碳碳鍵鍵角為120°，每個(gè)碳原子都結(jié)合著3個(gè)碳原子，碳原子采取sp²雜化；
根據(jù)均攤法計(jì)算晶胞中C原子數(shù)目，令碳原子直徑為a，計(jì)算晶胞中C原子總體積，碳原子與周圍的4個(gè)原子形成正四面體結(jié)構(gòu)，中心碳原子與正四面體頂點(diǎn)原子相鄰，中心碳原子到底面距離為$\frac{a}{3}$，則正四面體的高為（a+$\frac{a}{3}$），設(shè)正四面體的棱長為x，則斜面的高為$\frac{\sqrt{3}}{2}$x，底面中心到邊的距離為為$\frac{\sqrt{3}}{2}$x×$\frac{1}{3}$，再根據(jù)勾股定理計(jì)算x與a的關(guān)系，晶胞棱長=2x×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=$\sqrt{2}$x，再計(jì)算晶胞體積，晶胞空間利用率=$\frac{原子總體積}{晶胞體積}$×100%；
（4）晶體Cu為面心立方最密堆積，所以配位數(shù)為12，結(jié)合圖三醋酸銅晶體的局部結(jié)構(gòu)可確定其晶體中含有極性鍵、非極性鍵和配位鍵；
（5）金屬Cu與雙氧水發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成的銅離子隨即與一水合氨中的氮形成配位鍵．

解答 解：原子序數(shù)依次增大的四種元素A、B、C、D分別處于第一至第四周期，自然界中存在多種A的化合物，則A為氫元素；B原子核外電子有6種不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即核外有6個(gè)電子，則B為碳元素；D的基態(tài)原子的最外能層只有一個(gè)電子，其他能層均已充滿電子，D原子外圍電子排布為3d¹⁰4s¹，則D為銅元素；結(jié)合原子序數(shù)可知，C只能處于第三周期，B與C可形成正四面體型分子，則B為氯元素，
（1）四種元素中電負(fù)性最大的是Cl，其基態(tài)原子的價(jià)電子排布為3s²3p⁵，其基態(tài)原子的價(jià)電子排布圖為，
故答案為：；
（2）HF分子之間形成氫鍵，使其熔沸點(diǎn)較高，HI、HBr、HCl分子之間只有范德華力，相對(duì)分子質(zhì)量越大，范德華力越大，沸點(diǎn)越高，即沸點(diǎn)由高到低的順序是HF＞HI＞HBr＞HCl，
故答案為：HF＞HI＞HBr＞HCl；HF分子之間形成氫鍵，使其熔沸點(diǎn)較高，HI、HBr、HCl分子之間只有范德華力，相對(duì)分子質(zhì)量越大，范德華力越大，沸點(diǎn)越高；
（3）圖一為平面結(jié)構(gòu)，在其層狀結(jié)構(gòu)中碳碳鍵鍵角為120°，每個(gè)碳原子都結(jié)合著3個(gè)碳原子，碳原子采取sp²雜化；
一個(gè)晶胞中含碳原子數(shù)為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$+4=8，令碳原子直徑為a，晶胞中C原子總體積=8×$\frac{4}{3}$π（$\frac{a}{2}$）³，碳原子與周圍的4個(gè)原子形成正四面體結(jié)構(gòu)，中心碳原子與正四面體頂點(diǎn)原子相鄰，中心碳原子到底面距離為$\frac{a}{3}$，則正四面體的高為（a+$\frac{a}{3}$）=$\frac{4a}{3}$，設(shè)正四面體的棱長為x，則斜面的高為$\frac{\sqrt{3}}{2}$x，底面中心到邊的距離為$\frac{\sqrt{3}}{2}$x×$\frac{1}{3}$，再根據(jù)勾股定理：（$\frac{4a}{3}$）²+（$\frac{\sqrt{3}}{2}$x×$\frac{1}{3}$）²=（$\frac{\sqrt{3}}{2}$x）²，整理得x=$\frac{2\sqrt{6}}{3}a$，故晶胞棱長=$\frac{2\sqrt{6}}{3}a$×$\sqrt{2}$=$\frac{4\sqrt{3}}{3}$a，則晶胞體積為（$\frac{4\sqrt{3}}{3}$）³，晶胞空間利用率={[8×$\frac{4}{3}$π（$\frac{a}{2}$）³]÷（$\frac{4\sqrt{3}}{3}$）³}×100%=$\frac{{\sqrt{3}π}}{16}$，
故答案為：sp²；$\frac{{\sqrt{3}π}}{16}$；
（4）晶體Cu為面心立方最密堆積，所以配位數(shù)為12，結(jié)合圖三醋酸銅晶體的局部結(jié)構(gòu)可確定其晶體中含有極性鍵、非極性鍵和配位鍵，
故答案為：12；①②③；
（5）金屬Cu與雙氧水發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成的銅離子隨即與一水合氨中的氮形成配位鍵，離子方程式是Cu+4NH₃•H₂O+H₂O₂=[Cu（NH₃）₄]²⁺+4H₂O+2OH^-，
故答案為：Cu+4NH₃•H₂O+H₂O₂=[Cu（NH₃）₄]²⁺+4H₂O+2OH^-．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的考查，題目綜合性較大，涉及元素推斷、核外電子排布、晶體結(jié)構(gòu)與化學(xué)鍵、雜化軌道、配合物、晶胞計(jì)算等，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備一定的空間想象與數(shù)學(xué)計(jì)算能力，難度中等．