Question

A、B、C、D、E、F為周期表中前四周期的六種元素，它們的原子序數(shù)依次增大，且均不同族．A、B、C三種元素的基態(tài)原子具有相同的能層和能級，且第一電離能I₁（A）＜I₁（C）＜I₁（B），BC₂⁺與AC₂互為等電子體；D、E為同周期相鄰元素；F元素位于周期表中1～18列中的第11列．請回答下列問題（答題時請用相應(yīng)的元素符號表示相應(yīng)元素）：

（1）A元素的價層電子排布圖為

 

；BC₂⁺的電子式為

 

；基態(tài)F原子的核外電子排布簡式

 

．
（2）E元素的電離能情況如圖1所示．E元素在周期表中位于

 

；D元素單質(zhì)形成的晶體晶胞類型屬于

 

堆積．
（3）A、B兩元素所形成的化合物甲是首屈一指的超硬新材料，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖2所示，由此可知，化合物甲的晶體類型為

 

，其硬度超過金剛石的原因是

 

．化合物甲的晶體中B原子的雜化方式為

 

．
（4）D、C兩元素可形成的化合物乙．
①現(xiàn)證實化合物乙的晶體結(jié)構(gòu)如圖3所示，晶胞中D離子的配位數(shù)為

 

；
②設(shè)D離子半徑分別為a，C離子半徑分別為b，則其晶體的空間利用率為

 

．

Answer 1

考點：位置結(jié)構(gòu)性質(zhì)的相互關(guān)系應(yīng)用,原子核外電子排布,配合物的成鍵情況,原子軌道雜化方式及雜化類型判斷

專題：原子組成與結(jié)構(gòu)專題,元素周期律與元素周期表專題,化學(xué)鍵與晶體結(jié)構(gòu)

分析：A、B、C、D、E、F為周期表中前四周期的六種元素，它們的原子序數(shù)依次增大，由圖1可知E元素的第四電離能劇增，則E原子最外層電子數(shù)為3，處于ⅢA族，A、B、C三種元素的基態(tài)原子具有相同的能層和能級，三者處于同周期，且第一電離能I₁（A）＜I₁（C）＜I₁（B），所有元素均不同族，則B處于ⅤA族，C處于ⅥA族，BC₂⁺與AC₂互為等電子體，A的核外電子數(shù)比B少1，可推知A為C元素、B為氮元素、C為O元素；D、E為同周期相鄰元素，結(jié)合原子序數(shù)可知，二者處于第三周期，可推知E為Al、D為Mg；F元素位于周期表中1～18列中的第11列，則F為Cu，據(jù)此解答．

解答： 解：A、B、C、D、E、F為周期表中前四周期的六種元素，它們的原子序數(shù)依次增大，由圖1可知E元素的第四電離能劇增，則E原子最外層電子數(shù)為3，處于ⅢA族，A、B、C三種元素的基態(tài)原子具有相同的能層和能級，三者處于同周期，且第一電離能I₁（A）＜I₁（C）＜I₁（B），所有元素均不同族，則B處于ⅤA族，C處于ⅥA族，BC₂⁺與AC₂互為等電子體，A的核外電子數(shù)比B少1，可推知A為C元素、B為氮元素、C為O元素；D、E為同周期相鄰元素，結(jié)合原子序數(shù)可知，二者處于第三周期，可推知E為Al、D為Mg；F元素位于周期表中1～18列中的第11列，則F為Cu，
（1）A為C元素，價層電子排布圖為；NO₂⁺與CO₂互為等電子體，二者結(jié)構(gòu)相似，故NO₂⁺的電子式為；基態(tài)Cu原子的核外電子排布簡式為[Ar]3d¹⁰4s¹，
故答案為：；；[Ar]3d¹⁰4s¹；
（2）E為Al元素，E元素在周期表中位于第三周期第ⅢA族；Mg元素單質(zhì)形成的晶體晶胞類型屬于六方最密堆積，故答案為：第三周期第ⅢA族；六方最密；
（3）C、N兩元素所形成的化合物甲的晶體中每個C原子與周圍4個N原子形成4個C-N鍵，每個N原子與周圍3個C原子形成3個N-C鍵，形成空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，屬于原子晶體；由于C-N鍵的鍵長小于C-C鍵，鍵能大于C-C鍵，故其硬度超過金剛石，化合物甲的晶體中N原子成3個σ鍵、含有1對孤電子對，采取sp³雜化，
故答案為：原子晶體；C-N鍵的鍵長小于C-C鍵，鍵能大于C-C鍵；sp³；
（4）Mg、O兩元素可形成的化合物乙為MgO，
①以晶胞體心的白色球研究，與之等距離且最近的黑色球位于面心，由于為1：1型化合物，可知晶胞中D離子的配位數(shù)為6，
故答案為：6；
②設(shè)D離子半徑分別為a，C離子半徑分別為b，則晶胞的棱長=2（a+b），則晶胞體積=8（a+b）³，晶胞中白色球數(shù)目=黑色球數(shù)目=1+12×

1

4

=4，故晶胞中鎂離子與陽離子的總體積=4×

4

3

πa³+4×

4

3

πb³=

16

3

π（a³+b³），則其晶體的空間利用率為

16 3 π(a3+b3)

8(a+b)3

=

2π(a3+b3)

3(a+b)3

，
故答案為：

2π(a3+b3)

3(a+b)3

．

點評：本題是對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的考查，要求考生熟練掌握元素周期表結(jié)構(gòu)、原子核外電子排布式、正確書寫電子排布圖，了解等電子體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系、原子的軌道雜化形式、晶體常識等基礎(chǔ)知識，正確判斷晶體類型及結(jié)構(gòu)、并針對晶體結(jié)構(gòu)進行判斷和簡單運算，難度中等．