Question

A、B、C、D、E都是周期表中前四周期的元素．已知A原子的p軌道中有3個未成對電子，其氣態(tài)氫化物在水中的溶解度在同族元素所形成的氫化物中最大．B 的基態(tài)原子占據(jù)兩種形狀的原子軌道，且兩種形狀軌道中的電子總數(shù)均相同，B位于元素周期表的s區(qū)．C元素原子的外圍電子層排布式為ns^n-1np^n-1． D原子M能層為全充滿狀態(tài)，且最外層無成對電子，E為第四周期未成對電子數(shù)最多的元素．請回答下列問題：
（1）寫出E基態(tài)原子的電子排布式

 

；E在周期表中的位置是

 

，其基態(tài)原子有

 

種能量不同的電子．
（2）某同學(xué)根據(jù)上述信息，推斷B的核外電子排布如圖所示，該同學(xué)所畫的電子排布圖違背了

 

．
（3）已知A和C形成的化合物X中每個原子的最外層均為8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，則X的化學(xué)式為

 

，X是一種超硬物質(zhì)，耐磨損、抗腐蝕能力強，推測X的晶體類型為

 

．
（4）B的單質(zhì)與A的最高價含氧酸的稀溶液反應(yīng)，能將A還原至最低價態(tài)，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式

 

．
（5）已知D晶體的粒子堆積方式為面心立方最密堆積，若該晶體中一個晶胞的邊長為a cm，則D晶體的密度為

 

 g/cm³（寫出含a的表達式，用NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值）．若D的原子半徑為r，則在D晶胞中用r表示出這種堆積模型的空間利用率（指球的體積和晶胞體積之比）為

 

．（列式表示，不需化簡）

Answer 1

考點：晶胞的計算,位置結(jié)構(gòu)性質(zhì)的相互關(guān)系應(yīng)用

專題：元素周期律與元素周期表專題

分析：A原子的p軌道中有3個未成對電子，其氣態(tài)氫化物在水中的溶解度在同族元素所形成的氫化物中最大，這說明A是N元素；
B的基態(tài)原子占據(jù)兩種形狀的原子軌道，且兩種形狀軌道中的電子總數(shù)均相同，B位于元素周期表的s區(qū)，所以B是Mg元素；
C元素原子的外圍電子層排布式為ns^n-1np^n-1，s能級最多排列2個電子，所以n=3，則C是Si元素；
D原子M能層為全充滿狀態(tài)，且最外層無成對電子，則D是Cu元素；
E為第四周期未成對電子數(shù)最多的元素，則E是Cr元素．
（1）E是Cr元素，其原子核外有24個電子，根據(jù)構(gòu)造原理書寫Cr基態(tài)原子的電子排布式；
Cr在周期表中的位置是第四周期第VIB族，其基態(tài)原子有幾種能級就有幾種能量的原子；
（2）該排布圖違反了能量最低原理；
（3）A是N元素、C是Si元素，A和C形成的化合物SiC中每個原子的最外層均為8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，則X的化學(xué)式為Si₃N₄，原子晶體熔沸點較高、硬度大，耐磨損、腐蝕；
（4）Mg的單質(zhì)與N的最高價含氧酸的稀溶液硝酸反應(yīng)，能將A還原至最低價態(tài)，為銨鹽，根據(jù)反應(yīng)物和生成物書寫方程式；
（5）Cu晶體的粒子堆積方式為面心立方最密堆積，該晶胞中Cu原子個數(shù)=6×

1

2

+8×

1

8

=4，其晶胞體積V=a³cm³，其密度ρ=

m

V

；
若Cu的原子半徑為r，則Cu的體積為r³，由原子空間利用率進行計算．

解答： 解：A原子的p軌道中有3個未成對電子，其氣態(tài)氫化物在水中的溶解度在同族元素所形成的氫化物中最大，這說明A是N元素；
B的基態(tài)原子占據(jù)兩種形狀的原子軌道，且兩種形狀軌道中的電子總數(shù)均相同，B位于元素周期表的s區(qū)，所以B是Mg元素；
C元素原子的外圍電子層排布式為ns^n-1np^n-1，s能級最多排列2個電子，所以n=3，則C是Si元素；
D原子M能層為全充滿狀態(tài)，且最外層無成對電子，則D是Cu元素；
E為第四周期未成對電子數(shù)最多的元素，則E是Cr元素；
（1）E是Cr元素，其原子核外有24個電子，根據(jù)構(gòu)造原理知Cr基態(tài)原子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹；
Cr在周期表中的位置是第四周期第VIB族，其基態(tài)原子有幾種能級就有幾種能量的原子，其原子核外有7種能級，所以有7種能量不同的電子，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹；第4周期第ⅥB族；7；
（2）該排布圖違反了能量最低原理，故答案為：能量最低原理；         
（3）A和C形成的化合物X中每個原子的最外層均為8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，由于Si位于第ⅣA族，氮元素位于第ⅤA族，則X的化學(xué)式Si₃N₄；根據(jù)X的物理性質(zhì)可知形成的晶體是原子晶體，
故答案為：Si₃N₄；原子晶體；
（4）氮元素的最低價是-3價，所以其還原產(chǎn)物是硝酸銨，則反應(yīng)的化學(xué)方程式是4Mg+10HNO₃=4Mg（NO₃）₂+NH₄NO₃+3H₂O，
故答案為：4Mg+10HNO₃=4Mg（NO₃）₂+NH₄NO₃+3H₂O；
（5）Cu晶體的粒子堆積方式為面心立方最密堆積，該晶胞中Cu原子個數(shù)=6×

1

2

+8×

1

8

=4，其晶胞體積V=a³cm³，其密度ρ=

m

V

=

M NA ×4

V

g/cm³=

256

a3NA

g/cm³；
根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)可知，4r=

2

a，解得a=2

2

r，
則晶胞立方體的體積為a³=（2

2

r）³，
晶胞中4個金屬原子的體積為4×

4

3

r³，
所以此晶胞中原子空間占有率是

4× 4 3 r3

(2 2 r)3

，
故答案為：

256

a3NA

；

4× 4 3 r3

(2 2 r)3

．

點評：本題考查位置結(jié)構(gòu)性質(zhì)的相互關(guān)系及應(yīng)用，涉及晶胞計算、構(gòu)造原理、晶體類型判斷等知識點，側(cè)重考查分析、計算能力，難點是晶胞計算，特別是空間利用率的計算，題目難度中等．