Question

3．現(xiàn)有六種元素，其中B、C、D、E為短周期主族元素，F(xiàn)、G為第四周期元素，它們的原子序數(shù)依次增大．請根據(jù)下列相關(guān)信息，回答問題

B元素原子的核外p電子數(shù)比s電子數(shù)少1

C原子的第一至第四電離能分別是： I1=738kJ/mol  I2=1451kJ/mol  I3=7733kJ/mol  I4=10540kJ/mol

D原子核外所有p軌道全滿或半滿

E元素的主族序數(shù)與周期數(shù)的差為4

F 是前四周期原子電子軌道表示式中單電子數(shù)最多的元素

G在周期表的第十一列

（1）B基態(tài)原子中能量最高的電子，其電子云在空間有3個方向，原子軌道呈紡錘形．
（2）C和與其左右相鄰元素原子的第一電離能由大到小的順序是Mg＞Al＞Na．
（3）①DE₃中心原子的雜化方式為sp³雜化，該分子中的鍵角比離子DE₄⁺中的鍵角小的原因是孤電子對與成鍵電子對的排斥作用力大于成鍵電子對之間的排斥作用力
②將E的單質(zhì)通入到黃血鹽{K₄[Fe（CN）₆]}溶液中，可得到赤血鹽{K₃[Fe（CN）₆]}．該反應(yīng)的離子方程式為2[Fe（CN）₆]^4-+Cl₂=2[Fe（CN）₆]^3-+2Cl^-
③已知含E的一種化合物與過氧化氫發(fā)生如下反應(yīng)（已配平）：H₂O₂+→+HE，請寫出橫線上物質(zhì)的結(jié)構(gòu)式．
（4）F位于d區(qū)，價電子排布式為3d⁵4s¹．
（5）G單質(zhì)晶體中原子的堆積方式為面心立方最密堆積（如圖），則晶胞中每個原子的配位數(shù)為12．假設(shè)晶胞邊長為a，原子半徑為r，列式表示該晶胞的空間利用率為$\frac{\sqrt{2}}{6}π$．

Answer 1

分析 B、C、D、E為短周期主族元素，F(xiàn)、G為第四周期元素，它們的原子序數(shù)依次增大，
B元素原子的核外p電子數(shù)比s電子數(shù)少1，B有2個電子層，為1s²2s²2p³，故B為N元素；
由C原子的第一至第四電離能數(shù)據(jù)可知，第三電離能劇增，故C表現(xiàn)+2價，處于ⅡA族，原子序數(shù)大于N元素，故C為Mg元素；
D處于第三周期，D原子核外所有p軌道全滿或半滿，最外層排布為3s²3p³，故D為P元素；
E處于第三周期，E元素的主族序數(shù)與周期數(shù)的差為4，E處于第ⅦA族，故E為Cl元素；
F第四周期元素中，外圍電子排布為nd^xns^y，且能級處于半滿穩(wěn)定狀態(tài)時，含有的未成對電子數(shù)最多，故F為Cr元素，
G在第四周期周期表的第十一列，G為Cu元素，據(jù)此解答各小題即可．

解答 解：依據(jù)分析可知：B為N，C為Mg，D為P，E為Cl，F(xiàn)為Cr，G為Cu，
（1）B為N元素，核外電子排布式為1s²ns²np³，基態(tài)原子中能量最高的電子，處于2p能級，有3個電子，其電子云在空間有3個方向，原子軌道呈紡錘形，故答案為：3，紡錘；
（2）C為鎂，與Mg元素相鄰的同周期元素為Na和Al，同一周期內(nèi)，隨著原子序數(shù)的增加，原子半徑逐漸變小（稀有氣體除外），原子核對外層電子的吸引越來越強，元素的原子越來越難失電子，因此元素的第一電離能呈增大的趨勢，但第ⅡA元素的第一電離能大于第ⅢA族的，所以第一電離能大小關(guān)系為：Mg＞Al＞Na，
故答案為：Mg＞Al＞Na；
（3）①DE₃為PCl₃，PCl₃中P原子孤電子對數(shù)為1，成3個σ鍵，則為sp³雜化，DE₄⁺為NH₄⁺，氨氣分子中存在一對孤電子對，孤電子對與成鍵電子對的排斥作用力大于成鍵電子對之間的排斥作用力，故氨氣中鍵角大于銨根中鍵角，故答案為：sp³；孤電子對與成鍵電子對的排斥作用力大于成鍵電子對之間的排斥作用力；
②E的單質(zhì)為氯氣，反應(yīng)為為氯氣和黃血鹽，生成物為赤血鹽，故此反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式為：[Fe（CN）₆]^4-+Cl₂=2[Fe（CN）₆]^3-+2Cl^-，故答案為：[Fe（CN）₆]^4-+Cl₂=2[Fe（CN）₆]^3-+2Cl^-；
③由所給的方程式可知，此反應(yīng)為雙氧水中的H被中去除E的部分取代生成的，故生成的另一種產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)簡式為：，故答案為：；
（4）F為Cr元素，是25號元素，位于第四周期第VB族，最后填充的為d電子，為d區(qū)元素，價電子排布式為3d⁵4s¹，故答案為：d；3d⁵4s¹；
（5）由圖可知，晶胞為面心立方堆積，以頂點的Cu原子分析，位于面心的Cu原子與之相鄰最近，1個頂點原子為12個面共用，故配位數(shù)為12；Cu原子半徑為r，對角線上三個原子相鄰，對角線長度=4r，則晶胞棱長=$\sqrt{\frac{（4r）^{2}}{2}}$=2$\sqrt{2}$r，晶胞體積=（2$\sqrt{2}$r）³，該晶胞中Al原子個數(shù)=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，晶胞密度=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{（2\sqrt{2}r）^{3}}$g/cm³=$\frac{\sqrt{2}M}{8{N}_{A}{r}^{3}}$g/cm³；
每個Cu原子體積=$\frac{4}{3}$πr³，該晶胞中含有4個Al原子，所以晶胞中所有Cu原子體積=4×$\frac{4}{3}$πr³，空間利用率=$\frac{所有銅原子體積}{晶胞體積}$=$\frac{4×\frac{4}{3}π{r}^{3}}{（2\sqrt{2}r）^{3}}$=$\frac{\sqrt{2}π}{6}$，
故答案為：12； $\frac{\sqrt{2}π}{6}$．

點評 本題考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，涉及元素周期律、雜化軌道、核外電子排布、晶胞結(jié)構(gòu)與計算等，注意對電離能突變的理解，晶胞計算需要學(xué)生具有一定的數(shù)學(xué)計算能力與空間想象力，難度中等．