Question

19．已知A、B、C、D、E、F都是周期表中前四周期的元素，它們的核電荷數(shù)依次增大．其中基態(tài)A原子價(jià)電子排布式為nsⁿnpⁿ⁺¹；化合物B₂E為離子化合物，E原子核外的M層中只有兩對(duì)成對(duì)電子；C元素是地殼中含量最高的金屬元素；D單質(zhì)常用于制作太陽能電池和集成電路芯片；F原子最外層電子數(shù)與B的相同，其余各內(nèi)層軌道均充滿電子．請(qǐng)根據(jù)以上信息，回答下列問題（用所對(duì)應(yīng)的元素符號(hào)表示）：
（1）A、B、E的第一電離能由小到大的順序?yàn)镹a＜S＜N．
（2）氫化物A₂H₄分子中A原子采取sp³雜化．
（3）按原子的外圍電子排布分區(qū)，元素F在ds區(qū)，基態(tài)F原子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹或[Ar]3d¹⁰4s¹．
（4）元素A和C可形成一種新型化合物材料，其晶體具有很高的硬度和熔點(diǎn)，其化合物中所含的化學(xué)鍵類型為共價(jià)鍵．
（5）A、F形成某種化合物的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示（其中A顯-3價(jià)，每個(gè)球均表示1個(gè)原子），則其化學(xué)式為Cu₃N．設(shè)阿伏加德羅常數(shù)為N_A，距離最近的兩個(gè)F原子的核間距為a cm，則該晶胞的密度為（用含a和N_A的代數(shù)式表示）$\frac{103\sqrt{2}a}{2{a}^{3}{N}_{A}}$g/cm³．

Answer 1

分析 A、B、C、D、E、F都是周期表中前四周期的元素，它們的核電荷數(shù)依次增大．其中基態(tài)A原子價(jià)電子排布式為nsⁿnpⁿ⁺¹，而n=2，則A為N元素；E原子核外的M層中只有兩對(duì)成對(duì)電子，外圍電子排布為3s²3p⁴，則E為S元素；化合物B₂E為離子化合物，B表現(xiàn)+1價(jià)，原子序數(shù)大于碳、小于硫，則B為Na；C元素是地殼中含量最高的金屬元素，則C為Al；D單質(zhì)常用于制作太陽能電池和集成電路芯片，則D為Si；F原子最外層電子數(shù)與B的相同，其余各內(nèi)層軌道均充滿電子，原子序數(shù)大于硫，處于第四周期，核外電子數(shù)為2+8+18+1=19，則F為Cu，
（1）A、B、E分別是N、Na、S元素，同一周期元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而增大，同一主族，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)增大而減��；
（2）氫化物N₂H₄分子中，N原子價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)是4，且不含孤電子對(duì)，據(jù)此判斷A原子雜化方式；
（3）F是Cu元素，在周期表的位置為第四周期第IB族，據(jù)此判斷其所在區(qū)及基態(tài)原子的電子排布式；
（4）元素N和Al形成一種新型化合物材料，其晶體具有很高的硬度和熔點(diǎn)，說明該化合物是原子晶體，原子晶體中含有共價(jià)鍵；
（5）N、Cu形成某種化合物的晶胞結(jié)構(gòu)如圖，利用均攤法確定化學(xué)式；
距離最近的兩個(gè)F原子的核間距為a cm，則晶胞棱長(zhǎng)為$\frac{\sqrt{2}}{2}$acm×2=$\sqrt{2}$acm，晶胞體積=（$\sqrt{2}$acm）³，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算該晶胞的密度．

解答 解：A、B、C、D、E、F都是周期表中前四周期的元素，它們的核電荷數(shù)依次增大．其中基態(tài)A原子價(jià)電子排布式為nsⁿnpⁿ⁺¹，而n=2，則A為N元素；E原子核外的M層中只有兩對(duì)成對(duì)電子，外圍電子排布為3s²3p⁴，則E為S元素；化合物B₂E為離子化合物，B表現(xiàn)+1價(jià)，原子序數(shù)大于碳、小于硫，則B為Na；C元素是地殼中含量最高的金屬元素，則C為Al；D單質(zhì)常用于制作太陽能電池和集成電路芯片，則D為Si；F原子最外層電子數(shù)與B的相同，其余各內(nèi)層軌道均充滿電子，原子序數(shù)大于硫，處于第四周期，核外電子數(shù)為2+8+18+1=19，則F為Cu．
（1）N元素2p能級(jí)為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素，同周期隨原子序數(shù)增大第一電離能呈增大趨勢(shì)，同主族自上而下第一電離能減小，故第一電離能：Na＜S＜N，
故答案為：Na＜S＜N；
（2）氫化物N₂H₄分子N原子形成2個(gè)N-H鍵、1個(gè)N-N鍵，還含有1對(duì)孤對(duì)電子，故N原子采取sp² 雜化，
故答案為：sp²；
（3）按原子的外圍電子排布分區(qū)，元素Cu在ds區(qū)，基態(tài)Cu原子的核外電子總數(shù)為29，其基態(tài)原子的核外電子排布式為：1s²2 s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹或[Ar]3d¹⁰4s¹，
故答案為：ds；1s²2 s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹或[Ar]3d¹⁰4s¹；
（4）元素N和Al可形成一種新型化合物材料，其晶體具有很高的硬度和熔點(diǎn)，該化合物屬于原子晶體，其化合物中所含的化學(xué)鍵類型為：共價(jià)鍵，
故答案為：共價(jià)鍵；
（5）A、F形成某種化合物的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示的立方晶胞（其中A顯-3價(jià)，每個(gè)球均表示1個(gè)原子），
晶胞中小黑色球數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$=1，大灰色球數(shù)目為12×$\frac{1}{4}$=3，其中N顯-3價(jià)，則小黑色球?yàn)镹原子、大灰色球?yàn)镃u，則其化學(xué)式為Cu₃N；
設(shè)阿伏伽德羅常數(shù)為N_A，晶胞質(zhì)量為$\frac{64×3+14}{{N}_{A}}$g，距離最近的兩個(gè)Cu原子的核間距為a cm，則晶胞棱長(zhǎng)為$\frac{\sqrt{2}}{2}$acm×2=$\sqrt{2}$acm，
則該化合物的晶胞密度為：$\frac{\frac{64×3+14}{{N}_{A}}g}{（{\sqrt{2a}cm）}^{3}}$=$\frac{103\sqrt{2}a}{2{a}^{3}{N}_{A}}$g/cm³，
故答案為：Cu₃N；$\frac{103\sqrt{2}a}{2{a}^{3}{N}_{A}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了晶胞計(jì)算，題目難度中等，涉及核外電子排布、電離能、雜化方式、配合物、晶體類型與性質(zhì)、晶胞計(jì)算等知識(shí)，明確原子結(jié)構(gòu)與元素周期律、元素周期表的關(guān)系為解答關(guān)鍵，轉(zhuǎn)移掌握均攤法在晶胞計(jì)算中的應(yīng)用．