Question

12．物質的結構決定性質，性質反映其結構特點．
（1）氮族元素包括N、P、As、Sb和Bi五種元素．
①基態(tài)N原子的價電子排布圖為．
②下列關于氮族元素的說法正確的是d．
a．N₂可用于填充霓虹燈．其發(fā)光原理是電子從能量較低的軌道躍遷到能量較高的軌道，以光的形式釋放能量
b．P、N、S三種元素的第一電離能由大到小的順序是：P＞S＞N
c．基態(tài)As原子中，電子占據的最高能級為4d
d．Bi原子中最外層有5個運動狀態(tài)不同的電子
（2）金剛石和石墨是碳元素的兩種常見單質，下列敘述中正確的有ac
a．金剛石中碳原子的雜化類型為sp³雜化，石墨中碳原子的雜化類型為sp²
b．晶體中共價鍵的鍵長：金剛石中C-C＜石墨中C-C；
c．晶體的熔點：金剛石＜石墨
d．晶體中共價鍵的鍵角：金剛石＞石墨
（3）某石蕊的分子結構如圖所示．
①石蕊分子所含元素中，基態(tài)原子2p軌道有兩個成單電子的是碳、氧（填元素名稱）； 由其中兩種元素形成的三角錐構型的一價陽離子是H₃O⁺（填化學式）；
②該石蕊易溶解于水，分析可能的原因是石蕊分子中含有-OH和-NH₂，均能與H₂O形成氫鍵；由結構知，該分子為極性分子，根據相似相溶原理，易溶于水．

Answer 1

分析 （1）①N原子核外價電子數為5，處于2p能級上的3個電子應盡可能分占3個不同2p原子軌道，且自旋狀態(tài)相同；
②a．根據能量守恒和電子能級躍遷原理，只有當電子從能量較高的軌道躍遷到能量較低的軌道，才能以光的形式釋放能量，據此判斷；
b．同周期自左而右元素的第一電離能呈增大趨勢，但ⅡA族最外層為ns能級容納2個電子，為全滿確定狀態(tài)，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素，ⅤA族np能級容納3的電子，為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能也高于同周期相鄰元素，同主族自上而下電離能降低；
c．基態(tài)As原子的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³，據此作判斷；
d．Bi原子為第ⅤA族第六周期，它的最外層的電子排布為：6s²6p³，處于不同軌道；
（2）A．金剛石中碳原子與四個碳原子形成4個共價單鍵，構成正四面體；P石墨中的碳原子與相鄰的三個碳原子以σ鍵結合，形成平面正六邊形結構；
B．sp²雜化中，s軌道的成分比sp³雜化更多，而且石墨的碳原子還有大π鍵所以形成的共價鍵更短；
C．鍵長越短，鍵越牢固；
D．金剛石中碳原子與四個碳原子形成4個共價單鍵，構成正四面體，石墨中的碳原子與相鄰的三個碳原子成鍵，形成正六角形的平面層狀結構．
（3）①石蕊分子所含元素中，基態(tài)原子2p軌道有兩個成單電子的是C或O元素；由其中兩種元素形成的三角錐構型的一價陽離子中價層電子對個數是4且含有一個孤電子對；
②氫鍵的存在導致物質的溶解性增大，再結合相似相溶原理分析．

解答 解：（1）①N原子核外價電子數為5，分別位于2s、2p軌道，其價電子排布圖為，故答案為：；
②a．根據能量守恒和電子能級躍遷原理，只有當電子從能量較高的軌道躍遷到能量較低的軌道，才能以光的形式釋放能量，故a錯誤；
b．根據元素周期律，P、S兩種元素位于同一周期，但P最外層處于半充滿狀態(tài)，第一電離能：S＜P，P、N兩種元素位于同一主族，第一電離能：P＜N，故b正確；
c．基態(tài)As原子的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³，電子占據的最高能級為4p，故c錯誤；
d．Bi原子為第ⅤA族第六周期，它的最外層的電子排布為：6s²6p³，處于不同軌道，5個電子運動狀態(tài)不同，故d正確；
故答案為：d；
（2）a．金剛石中碳原子與四個碳原子形成4個共價單鍵，構成正四面體，碳原子的雜化類型為sp³雜化；石墨中的碳原子與相鄰的三個碳原子以σ鍵結合，形成平面正六邊形結構，碳原子的雜化類型為sp²雜化，故a正確；
b．sp²雜化中，s軌道的成分比sp³雜化更多，而且石墨的碳原子還有大π鍵所以形成的共價鍵更短，更牢固，即石墨的層內C-C鍵長＜金剛石中C-C鍵長，故b錯誤；
c．石墨的層內共價鍵鍵長比金剛石的鍵長短，作用力更大，破壞化學鍵需要更大能量，所以晶體的熔點金剛石＜石墨，故c正確；
d．金剛石中碳原子與四個碳原子形成4個共價單鍵，構成正四面體，鍵角為109°28′，石墨中的碳原子用sp²雜化軌道與相鄰的三個碳原子以σ鍵結合，形成正六角形的平面層狀結構，鍵角為120°，故d錯誤．
故選：ac．
（3）①石蕊分子所含元素中，基態(tài)原子2p軌道有兩個成單電子的是C、O元素；由其中兩種元素形成的三角錐構型的一價陽離子中價層電子對個數是4且含有一個孤電子對，該微粒為H₃O⁺，故答案為：碳 氧；H₃O⁺；
②石蕊分子中含有-OH和-NH₂，均能與H₂O形成氫鍵，氫鍵的存在導致物質的溶解性增大；由結構知，該分子為極性分子，根據相似相溶原理，石蕊易溶于水，
故答案為：石蕊分子中含有-OH和-NH₂，均能與H₂O形成氫鍵；由結構知，該分子為極性分子，根據相似相溶原理，易溶于水．

點評 本題考查了元素周期律、分子結構、晶體類型與熔沸點高低判斷、晶體結構、雜化類型的判斷等，中等難度，注意把握金剛石和石墨的晶胞圖，需要學生具備空間想象能力，知道相似相溶原理及氫鍵對物質性質的影響等知識點，注意基礎知識的理解掌握．