Question

現(xiàn)有_aA、_bB、_cC、_dD、_eE、_gG六種短周期元素，a+b=c，a+c=d，a+d=e，d+e=g，B、C、E、G的單質(zhì)均有多種同素異形體，請(qǐng)回答下列問題：
Ⅰ．（1）C、D、E元素的第一電離能由大到小的關(guān)系為

 

．（用相應(yīng)的元素符號(hào)表示）
（2）請(qǐng)比較C₂A₄、D₂A₄、G₂A₄三種化合物的沸點(diǎn)由高到低的順序?yàn)?!--BA-->

 

．（用化學(xué)式表示）
（3）有某種分子式為C₄D₄E₈的物質(zhì)（該物質(zhì)中同種原子的化學(xué)環(huán)境完全相同，不含碳碳雙鍵）是一種威力極強(qiáng)的炸藥，則可推知其結(jié)構(gòu)簡式為

 

．
Ⅱ．BG是一種耐磨材料，其與金剛石結(jié)構(gòu)相似，如圖為其結(jié)構(gòu)中的最小重復(fù)單元，它可由B的三溴化物和G的三溴化物于高溫下在氫氣的氛圍中合成．
（1）指出B的三溴化物中B的雜化方式為

 

；G的三溴化物分子的結(jié)構(gòu)為

 

型．
（2）寫出合成BG的化學(xué)反應(yīng)方程式為

 

．
（3）已知晶體中B與G原子的最近距離為a pm，則該晶體的密度的表達(dá)式為

 

g/cm³．（不需化簡）

Answer 1

分析：Ⅰ．短周期元素為1-18號(hào)元素，B、C、E、G的單質(zhì)均有多種同素異形體，所以它們?yōu)榕稹⑻�、氧、硅、硫、磷中的一種，_aA、_bB、_cC、_dD、_eE、_gG六種短周期元素，它們的原子序數(shù)有如下關(guān)系a+b=c，a+c=d，a+d=e，d+e=g，因各關(guān)系式中都有a，且與其它元素和小于18，所以若a=1，則b=5，所以A為氫元素，B為硼元素，符合題意；所以A為1號(hào)氫元素，B為5號(hào)硼元素，a+c=d，C的單質(zhì)均有多種同素異形體可能為碳，若為碳，則d為氮元素，E為8號(hào)氧元素，符合題意；d+e=g，G為15號(hào)磷元素
所以六種短周期元素分別為A為1號(hào)氫元素，B為5號(hào)硼元素，C為6號(hào)碳元素，D為7號(hào)氮元素，E為8號(hào)氧元素，G為15號(hào)磷元素，
（1）C為6號(hào)碳元素，D為7號(hào)氮元素，E為8號(hào)氧元素，同周期自左而右元素的第一電離能呈增大趨勢，ⅡA族和第IIIA族反常，故第一電離能N＞O＞C；
（2）C₂A₄、D₂A₄、G₂A₄三種化合物分別為C₂H₄、N₂H₄、P₂H₄，分子間有氫鍵沸點(diǎn)高，沒有氫鍵的分子量越大沸點(diǎn)越高；
（3）分子式為C₄D₄E₈的物質(zhì)為C₄N₄O₈，該物質(zhì)中同種原子的化學(xué)環(huán)境完全相同，說明具有對(duì)稱性，是一種威力極強(qiáng)的炸藥，說明含有硝基，所以含4個(gè)硝基，據(jù)此分析解答；
Ⅱ．（1）根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論確定微�？臻g構(gòu)型和中心原子雜化方式；
（2）根據(jù)BG是由B的三溴化物和G的三溴化物于高溫下在氫氣的氛圍中合成解答；
（3）根據(jù)密度公式ρ=

m

v

計(jì)算，該晶體中分子個(gè)數(shù)4．

解答：解：Ⅰ．（1）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(jí)容納2個(gè)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(jí)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，C為6號(hào)碳元素，D為7號(hào)氮元素，E為8號(hào)氧元素，所以C、D、E元素的第一電離能由大到小的關(guān)系為N＞O＞C，
故答案為：N＞O＞C；      
（2）C₂A₄、D₂A₄、G₂A₄三種化合物分別為C₂H₄、N₂H₄、P₂H₄，N₂H₄分子間有氫鍵沸點(diǎn)高，P₂H₄分子量大于C₂H₄，所以三者沸點(diǎn)由高到低的順序?yàn)椋篘₂H₄＞P₂H₄＞C₂H₄，
故答案為：N₂H₄＞P₂H₄＞C₂H₄；
（3）分子式為C₄D₄E₈的物質(zhì)為C₄N₄O₈，該物質(zhì)中同種原子的化學(xué)環(huán)境完全相同，說明具有對(duì)稱性，是一種威力極強(qiáng)的炸藥，說明含有硝基，所以含4個(gè)硝基，四個(gè)碳建構(gòu)正四面體的四個(gè)頂點(diǎn)，所以其結(jié)構(gòu)簡式為C₄（NO₂，）₄，
故答案為：；
Ⅱ．（1）B的三溴化物為BBr₃，該分子中，B原子含有3個(gè)σ鍵不含孤電子對(duì)，所以采取sp²雜化，G的三溴化物為PBr₃，PBr₃中心原子P原子價(jià)層電子對(duì)為3+1=4，VSEPR模型為四面體，由于含有1對(duì)孤電子對(duì)，故為三角錐形，
故答案為：sP²；三角錐；  
（2）BG是由B的三溴化物和G的三溴化物于高溫下在氫氣的氛圍中合成，所以反應(yīng)物為BBr₃、PBr₃、H₂，產(chǎn)物為BP、HBr，化學(xué)方程式為：BBr₃+PBr₃+3H₂

高溫  .

BP+6HBr，
故答案為：BBr₃+PBr₃+3H₂

高溫  .

BP+6HBr；  
（3）每個(gè)頂點(diǎn)上的BG分子被8個(gè)晶胞共用，每個(gè)面心上的BG分子被兩個(gè)晶胞共用，所以該晶胞中BG分子個(gè)數(shù)8×

1

8

+6×

1

6

=4，一個(gè)立方磷化硼晶胞中含有4個(gè)G原子和4個(gè)B原子，B與G原子的最近距離為apm，所以

3

a=4r，V=N_A×(

4

3 a×10-10

)3，則密度為：ρ=

m

v

=

4×42

NA×( 4 3 a×10-10)3

，
故答案為：

4×42

NA×( 4 3 a×10-10)3

．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了第一電離能大小比較、沸點(diǎn)高低大小比較、分子空間構(gòu)型、晶胞密度的計(jì)算等知識(shí)，注意晶胞密度的計(jì)算利用均攤法、注意理解價(jià)層電子對(duì)理論與雜化軌道理論判斷分子構(gòu)型，題目難度較大．