Question

A—I為原子序數遞增的前4周期的元素，已知A原子的最外層電子是次外層電子數的2倍，D為周期表中電負性最大的元素，F與C位于同一主族，E與Ｇ在周期表的位置是上下相連，兩元素所在主族中所有元素都是金屬，H為應用最廣泛的金屬；I處于周期表中的第二副族。請回答下列問題：（以下問題中的所有原子都必須在上述元素中尋找）

（1）Ｂ單質分子中σ與π鍵數目比為　　　　　　　B、C、D第一電離能由小到大的順序為                      （填寫元素符號）

（2）H元素原子的價層電子排布式為              ，H³⁺離子可以與上述元素中的三種形成的某陰離子生成血紅色絡合物；該陰離子又與A—Ｉ元素中的某些原子形成的分子互為等電子體，這種分子的化學式為          （寫一種即可），該陰離子空間構型為      。

（3）D與Ｇ可以形成右圖的晶胞，則黑點表示的是      元素（填寫元素符號），該元素原子在該晶胞中的配位數為           

（4）若將上述晶胞圓圈對應的原子所在上下兩層平面原子，按兩條相互垂直的對角線上各去掉該原子2個（共去掉4個），并將小點和圓圈對應的元素更改為另外兩種元素，則這個晶胞化學式為        ，若再將留下的所有原子換成另外一種新元素的原子，則成為另外一種晶胞，該晶胞中成鍵原子鍵角為                  。

（5）已知，F單質晶體的原子堆積為ABAB型，那么，該晶體的空間利用率為       如果F單質的摩爾質量為M，晶胞棱長為a，晶胞高度為c則，該晶體密度表達式為          。（阿伏加德羅常數用N_A表示，不化簡）如果F的原子半徑為R，用R表示的晶胞高度為              。

Answer 1

【知識點】核外電子排布、電離能、晶胞結構 E1  E4  E5

【答案解析】（1）１:２（1分）  ＯＮＦ（1分）

（2）3d⁶4s²  （1分）   CO₂（CS₂  N₂O）等合理答案都可以（1分）直線形（1分）

（3）Ca  （1分） 8   （1分）   （4）ZnS （2分）  109^o28′（1分）

（5）74%   （1分）；  （2分）     （2分）

解析：A-I為原子序數遞增的前4周期的元素，已知A原子的最外層電子是次外層電子數的2倍，則A原子只能有2個電子層，最外層電子數為4，則A為碳元素；D為周期表中電負性最大的元素，則D為氟元素；H為應用最廣泛的金屬，則H為Fe；I處于周期表中的第二副族，則I為Zn．E與G在周期表的位置是上下相連，兩元素所在主族中所有元素都是金屬，結合原子序數可知，處于ⅡA族，E為Mg、G為Ca；結合原子序數可知，B為N元素、C為O元素；F與C位于同一主族，F的原子序數小于Ca，則F為S元素，
（1）B單質為N₂，分子中形成N≡N三鍵，含有1個σ鍵、2個π鍵，σ與π鍵數目比為1：2；同周期隨原子序數增大第一電離能呈增大趨勢，但N元素2p能級為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能高于氧元素，故N、O、F第一電離能由小到大的順序為O＜N＜F；
（2）H為Fe元素，原子的價層電子排布式為3d⁶4s²，Fe³⁺離子可以與上述元素中的三種形成的某陰離子生成血紅色絡合物，該陰離子為SCN^-，又與A-I元素中的某些原子形成的分子互為等電子體，等電子體含有相同的原子數目與價電子總數，該分子為CO₂等，價電子總數相同的等電子體空間結構相似，故SCN^-與CO₂的空間結構相似為直線型；
（3）F與Ca可以形成CaF₂，其晶胞中黑色球數=4    白色球數目=8，故黑色球代表Ca元素，由晶胞結構可知，應該F原子周圍有4個Ca原子，即F原子配位數為4，則該Ca原子在該晶胞中的配位數為8，（4）若將上述晶胞圓圈對應的原子所在上下兩層平面原子，按兩條相互垂直的對角線上各去掉該原子2個（共去掉4個），則圓圈數目為4，黑色球數目晶胞中原子數目為1：1，并將小點和圓圈對應的元素更改為另外兩種元素，符合ZnS的立方結構，則這個晶胞化學式為ZnS，
若再將留下的所有原子換成另外一種新元素的原子，則成為另外一種晶胞，由晶胞結構（類似金剛石結構）可知，每個原子周圍連接4個原子，形成正四面體型，該晶胞中成鍵原子鍵角為109°28′，

5）已知，S單質晶體的原子堆積為ABAB型，為六方最密堆積，晶胞如圖：，
D、C′、A′、B′彼此原子相鄰，構成正四面體結構，晶胞的高度為該正四面體高的2倍，如果F的原子半徑為R，則DA′長為2R，正四面體的高DM，M為正三角形A′B′C′的中心，則A′M的長為,則DM的長=,

故晶胞的高度=;S（△A′B′C′）=,故底面面積為,晶胞的體積=,晶胞中含有原子數目為1+8×1/8=2

，故原子總體積=2×4/3×πR³，故晶胞空間利用率=;
如果F單質的摩爾質量為M，晶胞的質量=2M/N_A,晶胞棱長為a，則S（△A′B′C′）=1/2a×a×sin60°=1/2a²sin60°，故底面面積為a²sin60°，晶胞高度為c，則晶胞體積=ca²sin60°，故晶體密度

【思路點撥】

本題考查物質結構與性質，涉及核外電子排布、電離能、晶胞結構與計算等，題目計算量大，對學生的空間想象與數學計算有較高的要求，（4）（5）為易錯點、難點