Question

3．現(xiàn)有六種元素，其中B、C、D、E為短周期主族元素，F(xiàn)、G為第四周期元素，它們的原子序數(shù)依次增大．請(qǐng)根據(jù)下列相關(guān)信息，回答問(wèn)題

B元素原子的核外p電子數(shù)比s電子數(shù)少1

C原子的第一至第四電離能分別是： I1=738kJ/mol  I2=1451kJ/mol  I3=7733kJ/mol  I4=10540kJ/mol

D原子核外所有p軌道全滿或半滿

E元素的主族序數(shù)與周期數(shù)的差為4

F 是前四周期原子電子軌道表示式中單電子數(shù)最多的元素

G在周期表的第十一列

（1）B基態(tài)原子中能量最高的電子，其電子云在空間有3個(gè)方向，原子軌道呈紡錘形．
（2）C和與其左右相鄰元素原子的第一電離能由大到小的順序是Mg＞Al＞Na．
（3）①DE₃中心原子的雜化方式為sp³雜化，該分子中的鍵角比離子DE₄⁺中的鍵角小的原因是孤電子對(duì)與成鍵電子對(duì)的排斥作用力大于成鍵電子對(duì)之間的排斥作用力
②將E的單質(zhì)通入到黃血鹽{K₄[Fe（CN）₆]}溶液中，可得到赤血鹽{K₃[Fe（CN）₆]}．該反應(yīng)的離子方程式為2[Fe（CN）₆]^4-+Cl₂=2[Fe（CN）₆]^3-+2Cl^-
③已知含E的一種化合物與過(guò)氧化氫發(fā)生如下反應(yīng)（已配平）：H₂O₂+→+HE，請(qǐng)寫(xiě)出橫線上物質(zhì)的結(jié)構(gòu)式．
（4）F位于d區(qū)，價(jià)電子排布式為3d⁵4s¹．
（5）G單質(zhì)晶體中原子的堆積方式為面心立方最密堆積（如圖），則晶胞中每個(gè)原子的配位數(shù)為12．假設(shè)晶胞邊長(zhǎng)為a，原子半徑為r，列式表示該晶胞的空間利用率為$\frac{\sqrt{2}}{6}π$．

Answer 1

分析 B、C、D、E為短周期主族元素，F(xiàn)、G為第四周期元素，它們的原子序數(shù)依次增大，
B元素原子的核外p電子數(shù)比s電子數(shù)少1，B有2個(gè)電子層，為1s²2s²2p³，故B為N元素；
由C原子的第一至第四電離能數(shù)據(jù)可知，第三電離能劇增，故C表現(xiàn)+2價(jià)，處于ⅡA族，原子序數(shù)大于N元素，故C為Mg元素；
D處于第三周期，D原子核外所有p軌道全滿或半滿，最外層排布為3s²3p³，故D為P元素；
E處于第三周期，E元素的主族序數(shù)與周期數(shù)的差為4，E處于第ⅦA族，故E為Cl元素；
F第四周期元素中，外圍電子排布為nd^xns^y，且能級(jí)處于半滿穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，含有的未成對(duì)電子數(shù)最多，故F為Cr元素，
G在第四周期周期表的第十一列，G為Cu元素，據(jù)此解答各小題即可．

解答 解：依據(jù)分析可知：B為N，C為Mg，D為P，E為Cl，F(xiàn)為Cr，G為Cu，
（1）B為N元素，核外電子排布式為1s²ns²np³，基態(tài)原子中能量最高的電子，處于2p能級(jí)，有3個(gè)電子，其電子云在空間有3個(gè)方向，原子軌道呈紡錘形，故答案為：3，紡錘；
（2）C為鎂，與Mg元素相鄰的同周期元素為Na和Al，同一周期內(nèi)，隨著原子序數(shù)的增加，原子半徑逐漸變�。ㄏ∮袣怏w除外），原子核對(duì)外層電子的吸引越來(lái)越強(qiáng)，元素的原子越來(lái)越難失電子，因此元素的第一電離能呈增大的趨勢(shì)，但第ⅡA元素的第一電離能大于第ⅢA族的，所以第一電離能大小關(guān)系為：Mg＞Al＞Na，
故答案為：Mg＞Al＞Na；
（3）①DE₃為PCl₃，PCl₃中P原子孤電子對(duì)數(shù)為1，成3個(gè)σ鍵，則為sp³雜化，DE₄⁺為NH₄⁺，氨氣分子中存在一對(duì)孤電子對(duì)，孤電子對(duì)與成鍵電子對(duì)的排斥作用力大于成鍵電子對(duì)之間的排斥作用力，故氨氣中鍵角大于銨根中鍵角，故答案為：sp³；孤電子對(duì)與成鍵電子對(duì)的排斥作用力大于成鍵電子對(duì)之間的排斥作用力；
②E的單質(zhì)為氯氣，反應(yīng)為為氯氣和黃血鹽，生成物為赤血鹽，故此反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式為：[Fe（CN）₆]^4-+Cl₂=2[Fe（CN）₆]^3-+2Cl^-，故答案為：[Fe（CN）₆]^4-+Cl₂=2[Fe（CN）₆]^3-+2Cl^-；
③由所給的方程式可知，此反應(yīng)為雙氧水中的H被中去除E的部分取代生成的，故生成的另一種產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為：，故答案為：；
（4）F為Cr元素，是25號(hào)元素，位于第四周期第VB族，最后填充的為d電子，為d區(qū)元素，價(jià)電子排布式為3d⁵4s¹，故答案為：d；3d⁵4s¹；
（5）由圖可知，晶胞為面心立方堆積，以頂點(diǎn)的Cu原子分析，位于面心的Cu原子與之相鄰最近，1個(gè)頂點(diǎn)原子為12個(gè)面共用，故配位數(shù)為12；Cu原子半徑為r，對(duì)角線上三個(gè)原子相鄰，對(duì)角線長(zhǎng)度=4r，則晶胞棱長(zhǎng)=$\sqrt{\frac{（4r）^{2}}{2}}$=2$\sqrt{2}$r，晶胞體積=（2$\sqrt{2}$r）³，該晶胞中Al原子個(gè)數(shù)=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，晶胞密度=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{（2\sqrt{2}r）^{3}}$g/cm³=$\frac{\sqrt{2}M}{8{N}_{A}{r}^{3}}$g/cm³；
每個(gè)Cu原子體積=$\frac{4}{3}$πr³，該晶胞中含有4個(gè)Al原子，所以晶胞中所有Cu原子體積=4×$\frac{4}{3}$πr³，空間利用率=$\frac{所有銅原子體積}{晶胞體積}$=$\frac{4×\frac{4}{3}π{r}^{3}}{（2\sqrt{2}r）^{3}}$=$\frac{\sqrt{2}π}{6}$，
故答案為：12； $\frac{\sqrt{2}π}{6}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，涉及元素周期律、雜化軌道、核外電子排布、晶胞結(jié)構(gòu)與計(jì)算等，注意對(duì)電離能突變的理解，晶胞計(jì)算需要學(xué)生具有一定的數(shù)學(xué)計(jì)算能力與空間想象力，難度中等．