Question

3．已知A、B、C、D、E五種元素的原子序數(shù)依次遞增，A、B、C、D位于前三周期．A位于周期表的s區(qū)，其原子中電子層數(shù)和未成對電子數(shù)相同；B的基態(tài)原子中電子占據(jù)三種能量不同的原子軌道，且每種軌道中的電子總數(shù)相同；D原子的核外成對電子數(shù)與未成對電子數(shù)的比值為3：2．同時含有A、B、D三種元素的化合物M是一種居室污染氣體，其分子中所有的原子共平面．A、B兩種元素組成的原子個數(shù)比為1：1的化合物N是常見的有機溶劑．E有“生物金屬”之稱，E⁴⁺離子和氬原子的核外電子排布相同．
請回答下列問題：（答題時，A、B、C、D、E用所對應的元素符號表示）
（1）下列敘述正確的是d（填字母）．
a．M易溶于水，是因為M是極性分子；N不溶于水，是因為N是非極性分子
b．M和二氧化碳分子中的中心原子均采用sp²雜化
c．N分子中含有6個σ鍵和3個π鍵
d．BD₂晶體的熔、沸點都比二氧化硅晶體的低
（2）金屬E的晶胞是面心立方結構（如圖），則E晶體的1個晶胞中含E原子數(shù)為：4，距離E原子最近且等距離的E的原子數(shù)為：12，該晶胞中原子的空間利用率為74%．
（3）X和Y分別是B和C與氫的化合物，這兩種化合物都含有18電子．X和Y的化學式分別是C₂H₆、N₂H₄．兩者沸點的關系為X＜Y（“＞”或“＜”），原因是X分子間作用力小于Y．

Answer 1

分析 A、B、C、D、E五種元素的原子序數(shù)依次遞增，A、B、C、D位于前三周期，A位于周期表的s區(qū)，其原子中電子層數(shù)和未成對電子數(shù)相同，則A為H元素；
B的基態(tài)原子中電子占據(jù)三種能量不同的原子軌道，且每種軌道中的電子總數(shù)相同，則B為為C元素；
D原子的核外成對電子數(shù)與未成對電子數(shù)的比值為3：2，則D為O元素，所以C為N元素；
同時含有A、B、D三種元素的化合物M是一種居室污染氣體，其分子中所有的原子共平面，則M為HCHO；
A、B兩種元素組成的原子個數(shù)比為1：1的化合物N是常見的有機溶劑，則N為苯；
E有“生物金屬”之稱，E⁴⁺離子和氬原子的核外電子排布相同，則E原子核外電子數(shù)=18+4=22，為Ti元素；
（1）a．正負電荷中心不重合的為極性分子，重合的為非極性分子；
b．M分子中C原子價層電子對個數(shù)是3、二氧化碳分子中C原子價層電子對個數(shù)是2，根據(jù)價層電子對互斥理論判斷原子雜化方式；
c．苯分子中含有12個σ鍵和1個大π鍵；
d．分子晶體熔沸點低于原子晶體；
（2）利用均攤分計算該晶胞中Ti原子個數(shù)，距離E原子最近且等距離的E的原子數(shù)=3×8÷2，
設原子半徑為rcm，面的對角線上的三個原子緊靠在一起，所以晶胞面上對角線長為4rcm，則晶胞棱長=$\sqrt{\frac{（4r）^{2}}{2}}$cm=2$\sqrt{2}$rcm，晶胞體積=（2$\sqrt{2}$r）³cm³，晶胞中原子所占體積=4×$\frac{4}{3}π$r³cm³=$\frac{16π}{3}$r³cm³，該晶胞中原子的空間利用率為原子所占體積與晶胞體積的比；
（3）X和Y分別是B和C與氫的化合物，這兩種化合物都含有18電子，則X為C₂H₆、Y為N₂H₄；不含氫鍵的分子晶體熔沸點與分子間作用力成正比，分子間作用力與相對分子質量成正比．

解答 解：A、B、C、D、E五種元素的原子序數(shù)依次遞增，A、B、C、D位于前三周期，A位于周期表的s區(qū)，其原子中電子層數(shù)和未成對電子數(shù)相同，則A為H元素；
B的基態(tài)原子中電子占據(jù)三種能量不同的原子軌道，且每種軌道中的電子總數(shù)相同，則B為為C元素；
D原子的核外成對電子數(shù)與未成對電子數(shù)的比值為3：2，則D為O元素，所以C為N元素；
同時含有A、B、D三種元素的化合物M是一種居室污染氣體，其分子中所有的原子共平面，則M為HCHO；
A、B兩種元素組成的原子個數(shù)比為1：1的化合物N是常見的有機溶劑，則N為苯；
E有“生物金屬”之稱，E⁴⁺離子和氬原子的核外電子排布相同，則E原子核外電子數(shù)=18+4=22，為Ti元素；
（1）a．正負電荷中心不重合的為極性分子，重合的為非極性分子，M是甲醛、N是苯，二者都是非極性分子，因為甲醛和水能形成氫鍵而易溶于水，苯和水不能形成氫鍵，所以苯不易溶于水，故a錯誤；
b．M分子中C原子價層電子對個數(shù)是3、二氧化碳分子中C原子價層電子對個數(shù)是2，根據(jù)價層電子對互斥理論判斷原子雜化方式分別為sp²、sp，故b錯誤；
c．苯分子中含有12個σ鍵和1個大π鍵，苯分子中不存在碳碳雙鍵和碳碳單鍵，是介于單鍵和雙鍵之間的特殊鍵，故c錯誤；
d．分子晶體熔沸點低于原子晶體，二氧化硅是原子晶體、二氧化碳是分子晶體，所以二氧化碳的熔沸點比二氧化硅的低，故d正確；
故選d；
（2）Ti原子個數(shù)=6×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{8}$=4，距離E原子最近且等距離的E的原子數(shù)=3×8÷2=12，
設原子半徑為rcm，面的對角線上的三個原子緊靠在一起，所以晶胞面上對角線長為4rcm，則晶胞棱長=$\sqrt{\frac{（4r）^{2}}{2}}$cm=2$\sqrt{2}$rcm，晶胞體積=（2$\sqrt{2}$r）³cm³，晶胞中原子所占體積=4×$\frac{4}{3}π$r³cm³=$\frac{16π}{3}$r³cm³，該晶胞中原子的空間利用率$\frac{\frac{16π}{3}{r}^{3}c{m}^{3}}{（2\sqrt{2}rcm）^{3}}$×100%=74%，
故答案為：4；12；74%；
（3）X和Y分別是B和C與氫的化合物，這兩種化合物都含有18電子，則X為C₂H₆、Y為N₂H₄；不含氫鍵的分子晶體熔沸點與分子間作用力成正比，分子間作用力與相對分子質量成正比，二者都是分子晶體且不含氫鍵，乙烷相對分子質量小于肼，所以乙烷熔沸點低于肼，
故答案為：C₂H₆；N₂H₄；＜．

點評 本題考查物質結構和性質，為高頻考點，涉及晶胞計算、熔沸點大小比較、原子雜化方式判斷等知識點，難點是晶胞計算，易錯點是苯分子中存在的化學鍵及（2）題晶胞中哪幾個原子緊密相連的判斷，題目難度中等．