Question

20．已知A、B、C、D、E、F、G、H、I為元素周期表中原子序數(shù)依次增大的前四周期元素，A原子的最外層中p軌道上的電子數(shù)等于前一電子層電子總數(shù)；A、B、C、D；E、F與G分別位于同一周期．C原子L層上有2對成電子，D、E、F的核外電子排布相同的簡單離子可形成一種E₃FD₆型離子晶體X，EG、HC為電子數(shù)相同的離子晶體．I原子M層為全充滿狀態(tài)，且核外的未成對電子只有一個．請根據(jù)以上情況，回答下列問題：（答題時，用對應的元素符號表示）
（1）C元素所在的族所有氣態(tài)氫化物中，沸點最高H₂O（填分子式），原因水分子間存在氫鍵．鄰羥基苯甲酸沸點＜對羥基苯甲酸的沸點（填“＞”“＜”“﹦”），原因是鄰羥基苯甲酸形成分子內(nèi)氫鍵，而對羥基苯甲酸形成分子間氫鍵，分子間氫鍵使分子間作用力增大，使沸點升高
（2）B元素與氫元素可形成16e^-的某化合物，該化合物具有平面結(jié)構(gòu)，則其結(jié)構(gòu)式為H-N=N-H，1mol該分子中含有δ鍵的數(shù)目3N_A，π鍵的數(shù)目N_A．
（3）元素B與G可形成化合物BG₃，根據(jù)價層電子對互斥理論判斷BG₃的空間構(gòu)型為三角錐形，分子中B原子的雜化方式為sp³雜化，該分子屬于極性 分子（填“極性”或“非極性”），它的晶體類型是分子晶體；BG₃易溶于水的原因NCl₃為極性分子，H₂O為極性分子，根據(jù)相似相溶原理，NCl₃易溶于水．
（4）G的四種常見的不同價態(tài)含氧酸的酸性由強到弱的順序為HClO₄＞HClO₃＞HClO₂＞HClO
（5）某同學所做的有關(guān)I元素的實驗流程如圖：
I單質(zhì)$→_{①}^{氯氣、點燃}$棕色的煙$→_{②}^{少量水}$綠色溶液$→_{③}^{氨氣}$藍色沉淀$→_{④}^{氨氣}$深藍色溶液$→_{⑤}^{H_{2}S}$黑色沉淀
寫出該實驗過程中形成深藍色溶液中主要成分的化學式[Cu（NH₃）₄]²⁺，中心離子化合價+2，配位數(shù)4，向其溶液中加入適量乙醇，會析出深藍色晶體，其化學式為[Cu（NH₃）₄]SO₄•H₂O，存在化學鍵類型離子鍵、共價鍵、配位鍵，寫出③④⑤反應的離子方程式Cu²⁺+2NH₃•H₂O=Cu（OH）₂↓+2NH₄⁺、Cu（OH）₂+4NH₃=[Cu（NH₃）₄]²⁺+2OH^-、[Cu（NH₃）₄]²⁺+H₂S+2H₂O=CuS↓+2NH₄⁺+2NH₃•H₂O．
（6）I晶胞中，其晶體的堆積方式的名稱為面心立方最密堆積，I原子的配位數(shù)為12，一個晶胞中I原子的數(shù)目為4，與其具有相同堆積方式的金屬還有Ag、Au，空間利用率為74%（寫出計算過程），寫出單質(zhì)I能導電的原因銅是金屬晶體，由金屬陽離子和自由電子構(gòu)成，自由電子在外加電場的作用下可發(fā)生定向移動．

Answer 1

分析 原子的最外層中p軌道上的電子數(shù)等于前一電子層電子總數(shù)，原子只能有2個電子層，最外層電子數(shù)為4，則A為碳元素，C原子L層上有2對成對電子，核外電子排布為1s²s²2p⁴，則C為氧元素；A、B、C、D原子序數(shù)依次增大，且同周期，所以B為氮元素，則D為氟元素；
D、E、F的簡單離子核外電子排布相同，核外電子數(shù)為10，則E、F處于第三周期，三者可形成一種E₃FD₆型離子晶體X，可知E為+1價、F為+3價，故E為Na、F為Al；E、F與G分別位于同一周期，EG、HC為電子數(shù)相同的離子晶體，則G表現(xiàn)-1價、H表現(xiàn)+2價，可推知G為Cl、H為Mg；I原子M層為全充滿狀態(tài)，且核外的未成對電子只有一個，原子核外電子數(shù)為2+8+18+1=29，故I為Cu．

解答 解：原子的最外層中p軌道上的電子數(shù)等于前一電子層電子總數(shù)，原子只能有2個電子層，最外層電子數(shù)為4，則A為碳元素，C原子L層上有2對成對電子，核外電子排布為1s²s²2p⁴，則C為氧元素；A、B、C、D原子序數(shù)依次增大，且同周期，所以B為氮元素，則D為氟元素；
D、E、F的簡單離子核外電子排布相同，核外電子數(shù)為10，則E、F處于第三周期，三者可形成一種E₃FD₆型離子晶體X，可知E為+1價、F為+3價，故E為Na、F為Al；E、F與G分別位于同一周期，EG、HC為電子數(shù)相同的離子晶體，則G表現(xiàn)-1價、H表現(xiàn)+2價，可推知G為Cl、H為Mg；I原子M層為全充滿狀態(tài)，且核外的未成對電子只有一個，原子核外電子數(shù)為2+8+18+1=29，故I為Cu．
（1）C為O元素，所在的族所有氣態(tài)氫化物中，水分子之間存在氫鍵，沸點最高；鄰羥基苯甲酸形成分子內(nèi)氫鍵，而對羥基苯甲酸形成分子間氫鍵，分子間氫鍵使分子間作用力增大，使沸點升高，故鄰羥基苯甲酸沸點低于對羥基苯甲酸的沸點，
故答案為：H₂O；水分子間存在氫鍵；＜；鄰羥基苯甲酸形成分子內(nèi)氫鍵，而對羥基苯甲酸形成分子間氫鍵，分子間氫鍵使分子間作用力增大，使沸點升高；
（2）B為N元素，與氫元素可形成16e^-的某化合物，該化合物具有平面結(jié)構(gòu)，該化合物N₂H₂，N原子之間形成2對共用電子對，N原子與H原子之間形成1對共用電子對，且N原子含有1對孤對電子，則其結(jié)構(gòu)式為 H-N=N-H，1mol該分子中含有δ鍵的數(shù)目為3N_A，π鍵的數(shù)目為N_A，
故答案為：H-N=N-H；3N_A；N_A；
（3）元素B與G可形成化合物BG₃為NCl₃，分子中N原子價層電子對數(shù)為3+$\frac{5-1×3}{2}$=4，有1對孤電子對，故其空間構(gòu)型為三角錐形，分子中N原子的雜化方式為sp³ 雜化，分子中正負電荷重心不重合，屬于極性分子，它的晶體類型是分子晶體；NCl₃為極性分子，H₂O為極性分子，根據(jù)相似相溶原理，NCl₃易溶于水，
故答案為：三角錐形；sp³；極性；分子；NCl₃為極性分子，H₂O為極性分子，根據(jù)相似相溶原理，NCl₃易溶于水；
（4）G的四種常見的不同價態(tài)含氧酸為HClO₄、HClO₃、HClO₂、HClO，非羥基氧數(shù)目依次為3、2、1、0，非羥基氧越多，酸性越強，故酸性由強到弱的順序為HClO₄＞HClO₃＞HClO₂＞HClO，
故答案為：HClO₄＞HClO₃＞HClO₂＞HClO；
（5）Cu在氯氣中燃燒生成CuCl₂，氯化銅與氨水反應生成Cu（OH）₂，氨氣過量，氫氧化銅溶解生成[Cu（NH₃）₄]²⁺，最后通入硫化氫，生成CuS黑色沉淀．
該實驗過程中形成深藍色溶液中主要成分的化學式為：[Cu（NH₃）₄]²⁺，銅離子為中心離子，化合價為+2，配位數(shù)為4，向其溶液中加入適量乙醇，會析出深藍色晶體，其化學式為[Cu（NH₃）₄]SO₄•H₂O，存在化學鍵類型有：離子鍵、共價鍵、配位鍵，
反應③反應的離子方程式為：Cu²⁺+2NH₃•H₂O=Cu（OH）₂↓+2NH₄⁺，
反應④反應的離子方程式為：Cu（OH）₂+4NH₃=[Cu（NH₃）₄]²⁺+2OH^-；
反應⑤反應的離子方程式為：[Cu（NH₃）₄]²⁺+H₂S+2H₂O=CuS↓+2NH₄⁺+2NH₃•H₂O，
故答案為：[Cu（NH₃）₄]²⁺；+2；4；深藍色；[Cu（NH₃）₄]SO₄•H₂O；離子鍵、共價鍵、配位鍵；Cu²⁺+2NH₃•H₂O=Cu（OH）₂↓+2NH₄⁺；Cu（OH）₂+4NH₃=[Cu（NH₃）₄]²⁺+2OH^-；[Cu（NH₃）₄]²⁺+H₂S+2H₂O=CuS↓+2NH₄⁺+2NH₃•H₂O；
（6）Cu晶胞中，其晶體的堆積方式的名稱為：面心立方最密堆積，Cu原子的配位數(shù)為12，一個晶胞中Cu原子的數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，與其具有相同堆積方式的金屬還有Ag、Au，
設Cu原子半徑為r，則晶胞中Cu原子總體積為4×$\frac{4}{3}$πr³，晶胞棱長為4r×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=2$\sqrt{2}$r，則晶胞體積為（2$\sqrt{2}$r）³=16$\sqrt{2}$r³，空間利用率為[（4×$\frac{4}{3}$πr³）÷16$\sqrt{2}$r³]×100%≈74%，
銅是金屬晶體，由金屬陽離子和自由電子構(gòu)成，自由電子在外加電場的作用下可發(fā)生定向移動，Cu可以導電，
故答案為：面心立方最密堆積；12；4；Ag、Au；74%；銅是金屬晶體，由金屬陽離子和自由電子構(gòu)成，自由電子在外加電場的作用下可發(fā)生定向移動．

點評 本題是對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的考查，涉及核外電子排布、氫鍵、分子極性、雜化軌道、空間構(gòu)型、化學鍵、配合物、晶胞結(jié)構(gòu)與計算等，是物質(zhì)結(jié)構(gòu)主干知識的綜合考查，需要學生具備扎實的基礎，熟記中學常見晶體結(jié)構(gòu)，難度中等．