Question

20．前四周期元素A、B、C、D、E的原子序數(shù)依次增大，基態(tài)A原子核外電子占據(jù)3個(gè)軌道，基態(tài)B原子核外電子占據(jù)3個(gè)能級(jí)且每個(gè)能級(jí)上電子數(shù)相等，C的雙原子單質(zhì)分子中σ鍵和π鍵數(shù)目之比為1：2，D的最高正化合價(jià)和最低負(fù)化合價(jià)之和等于4；基態(tài)E原子核外有6個(gè)未成對(duì)電子．
（1）基態(tài)E原子的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹；基態(tài)D原子核外電子占據(jù)的能量最高的能級(jí)符號(hào)為3p．
（2）A元素的各級(jí)電離能如表：

能級(jí)（I）	I1	I2	I3	I4	I5
電離能/kJ•mol-1	800.6	2427	3660	25026	32827

分析表數(shù)據(jù)知，相鄰兩個(gè)電子的電離能中，I₃和I₄之間差異最大，其主要原因是硼原子失去第3個(gè)電子后，達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，不易再失去電子．
（3）A、B、C元素的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物酸性依次增強(qiáng)，其原因是B、C、N的非金屬性依次增強(qiáng)或H₃BO₃、H₂CO₃、HNO₃的非羥基氧原子個(gè)數(shù)依次為0、1、2．
（4）氯元素與A、B、C元素組成的共價(jià)分子ACl₃、BCl₄、CCl₃中，中心原子采用sp³雜化、立體構(gòu)型為三角錐形的是NC1₃（填分子式）．
（5）（DC）₄為熱色性固體，且有色溫效應(yīng)．低于-30℃時(shí)為淡黃色，室溫下為橙黃色，高于100℃時(shí)為深紅色．在淡黃色→橙黃色→深紅色的轉(zhuǎn)化中，破壞的作用力是分子間作用力；在常壓下，（DC）₄高于130℃分解為相應(yīng)的單質(zhì)，這一變化中破壞的作用力是共價(jià)鍵．在B、C、D的簡(jiǎn)單氣態(tài)氫化物中，屬于非極性分子的是CH₄（填分子式，下同），常與Cu²⁺、Zn²⁺、Ag⁺等形成配離子的是NH₃．
（6）A、C形成立方晶體，晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)似金剛石，如圖所示．已知：該晶體密度為ρg•cm^-3，N_A代表阿伏伽德羅常數(shù)的值．
①該晶體的化學(xué)式為BN．
②在該晶體中，A與C形成共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)（d）為$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{100}{ρ{N}_{A}}}$×10¹⁰ pm．

Answer 1

分析 前四周期元素A、B、C、D、E的原子序數(shù)依次增大，基態(tài)B原子核外電子占據(jù)3個(gè)能級(jí)且每個(gè)能級(jí)上電子數(shù)相等，則其原子核外電子排布式為1s²2s²2p²，故B為碳元素；基態(tài)A原子核外電子占據(jù)3個(gè)軌道，且原子序數(shù)小于碳，其原子核外電子排布式為1s²2s²2p¹，故A為硼元素；C的雙原子單質(zhì)分子中σ鍵和π鍵數(shù)目之比為1：2，可推知C的單質(zhì)為N₂，C為N元素；基態(tài)E原子核外有6個(gè)未成對(duì)電子，外圍電子排布式為3d⁵4s¹，故E為Cr元素；D的最高正化合價(jià)和最低負(fù)化合價(jià)之和等于4，處于VIA族，其原子序數(shù)小于Cr，故D為S元素．
（1）根據(jù)能量最低原理書(shū)寫(xiě)E原子核外電子排布式；D為S元素，原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁴；
（2）處于穩(wěn)定結(jié)構(gòu)狀態(tài)，不易失去電子；
（3）非金屬性越強(qiáng)，最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的酸性越強(qiáng)（或者非羥基氧原子數(shù)目越多，酸性越強(qiáng)）；
（4）計(jì)算中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)、孤對(duì)電子對(duì)數(shù)，確定雜化方式與空間構(gòu)型；
（5）（DC）₄為熱色性固體，在較低溫度下發(fā)生系列轉(zhuǎn)化，應(yīng)屬于分子晶體；在常壓下，（DC）₄高于130℃分解為相應(yīng)的單質(zhì)，發(fā)生化學(xué)變化，破壞化學(xué)鍵；
對(duì)應(yīng)AB_n型分子，若中心原子最外層電子全部成鍵，則為非極性分子；NH₃常與Cu²⁺、Zn²⁺、Ag⁺等形成配離子；
（6）①利用均攤法計(jì)算晶胞中各原子數(shù)目，進(jìn)而確定該晶體的化學(xué)式；
②A、C連線處于晶胞體對(duì)角線上，且距離為體對(duì)角線長(zhǎng)度的$\frac{1}{4}$．根據(jù)晶胞中原子數(shù)目計(jì)算晶胞質(zhì)量，結(jié)合密度計(jì)算晶胞體積，進(jìn)而計(jì)算晶胞棱長(zhǎng)，可得晶胞體對(duì)角線長(zhǎng)度．

解答 解：前四周期元素A、B、C、D、E的原子序數(shù)依次增大，基態(tài)B原子核外電子占據(jù)3個(gè)能級(jí)且每個(gè)能級(jí)上電子數(shù)相等，則其原子核外電子排布式為1s²2s²2p²，故B為碳元素；基態(tài)A原子核外電子占據(jù)3個(gè)軌道，且原子序數(shù)小于碳，其原子核外電子排布式為1s²2s²2p¹，故A為硼元素；C的雙原子單質(zhì)分子中σ鍵和π鍵數(shù)目之比為1：2，可推知C的單質(zhì)為N₂，C為N元素；基態(tài)E原子核外有6個(gè)未成對(duì)電子，外圍電子排布式為3d⁵4s¹，故E為Cr元素；D的最高正化合價(jià)和最低負(fù)化合價(jià)之和等于4，處于VIA族，其原子序數(shù)小于Cr，故D為S元素．
（1）E為前四周期中元素，且基態(tài)E原子核外有6個(gè)未成對(duì)電子，則其原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹；D為S元素，原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁴，核外電子占據(jù)的能量最高的能級(jí)符號(hào)為3p，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹；3p；
（2）硼原子失去第3個(gè)電子后，達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，不易再失去電子，故I₃和I₄之間差異最大，
故答案為：硼原子失去第3個(gè)電子后，達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，不易再失去電子；
（3）B、C、N的非金屬性依次增強(qiáng)，故H₃BO₃、H₂CO₃、HNO₃的酸性依次增強(qiáng)（或H₃BO₃、H₂CO₃、HNO₃的非羥基氧原子個(gè)數(shù)依次為0、1、2，故H₃BO₃、H₂CO₃、HNO₃的酸性依次增強(qiáng)），
故答案為：B、C、N的非金屬性依次增強(qiáng)或H₃BO₃、H₂CO₃、HNO₃的非羥基氧原子個(gè)數(shù)依次為0、1、2；
（4）BCl₃中B原子孤對(duì)電子對(duì)數(shù)為$\frac{1}{2}$×（3-1×3）=0，價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3+0=3，采用sp²雜化、立體構(gòu)型為平面正三角形，
CCl₄中C原子孤對(duì)電子對(duì)數(shù)為$\frac{1}{2}$×（4-1×4）=0，價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4+0=4，采用sp³雜化、立體構(gòu)型為正四面體，
NCl₃中N原子孤對(duì)電子對(duì)數(shù)為$\frac{1}{2}$×（5-1×3）=1，價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3+1=4，采用sp³雜化、立體構(gòu)型為三角錐形，
故答案為：NC1₃；
（5）（SN）₄為熱色性固體，在較低溫度下發(fā)生淡黃色→橙黃色→深紅色的轉(zhuǎn)化，應(yīng)屬于分子晶體，破壞的作用力是分子間作用力．在常壓下，（SN）₄高于130℃分解為相應(yīng)的單質(zhì)，發(fā)生化學(xué)變化，破壞共價(jià)鍵；
在B、C、D的簡(jiǎn)單氣態(tài)氫化物分別為CH₄、NH₃、H₂S，其中CH₄中碳原子最外層4個(gè)電子全部參與
中，屬于非極性分子，常與Cu²⁺、Zn²⁺、Ag⁺等形成配離子的是NH₃，
故答案為：分子間作用力；共價(jià)鍵；CH₄；NH₃；
 （6）①晶胞中黑色球處于晶胞內(nèi)部，晶胞中黑色球數(shù)目為4，白色球處于晶胞丁點(diǎn)與面心，晶胞中白色球數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，故白色球與黑色球數(shù)目之比為1：1，可確定該晶體的化學(xué)式為BN，
故答案為：BN；
②晶胞質(zhì)量為（4×$\frac{11}{{N}_{A}}$+4×$\frac{14}{{N}_{A}}$）g=$\frac{100}{{N}_{A}}$g，則晶胞棱長(zhǎng)=$\root{3}{\frac{\frac{100}{{N}_{A}}g}{ρg•c{m}^{3}}}$=$\root{3}{\frac{100}{ρ{N}_{A}}}$cm=$\root{3}{\frac{100}{ρ{N}_{A}}}$×10¹⁰ pm，A、C連線處于晶胞體對(duì)角線上，且距離為體對(duì)角線長(zhǎng)度的$\frac{1}{4}$，故A與C形成共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)d=$\frac{1}{4}$×$\sqrt{3}$×$\root{3}{\frac{100}{ρ{N}_{A}}}$×10¹⁰ pm=$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{100}{ρ{N}_{A}}}$×10¹⁰ pm，
故答案為：$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{100}{ρ{N}_{A}}}$×10¹⁰ ．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及核外電子排布、電離能、雜化軌道、空間構(gòu)型、配合物、晶胞結(jié)構(gòu)與計(jì)算等，（6）中鍵長(zhǎng)計(jì)算為易錯(cuò)點(diǎn)、難點(diǎn)，需要熟記常見(jiàn)晶胞結(jié)構(gòu)，對(duì)學(xué)生的空間想象與數(shù)學(xué)計(jì)算有一定的要求，掌握均攤法進(jìn)行晶胞有關(guān)計(jì)算．