Question

5．已知A、B、C、D四種短周期元素，它們的核電荷數(shù)依次增大．A與C原子的基態(tài)電子排布中L能層都有兩個(gè)未成對(duì)電子，C、D同主族． E、F都是第四周期元素，E原子的基態(tài)電子排布中有4個(gè)未成對(duì)電子，F(xiàn)原子除最外能層只有1個(gè)電子外，其余各能層均為全充滿．根據(jù)以上信息填空：
（1）基態(tài)D原子中，電子占據(jù)的最高能層符號(hào)M，該能層具有的原子軌道數(shù)為9．
（2）E²⁺離子的價(jià)層電子排布的軌道表示式是，F(xiàn)原子的電子排布式是1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹．
（3）A元素的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物中心原子采取的軌道雜化方式為sp²，B元素的氣態(tài)氫化物的價(jià)層電子對(duì)互斥模型為四面體形．
（4）化合物AC₂、B₂C和陰離子DAB^-互為等電子體，它們結(jié)構(gòu)相似，DAB^-的電子式為．DAB^-的水溶液可以用于實(shí)驗(yàn)室中E³⁺離子的定性檢驗(yàn)，形成配合物的顏色為血紅色．
（5）某種化合物由D，E，F(xiàn)三種元素組成，其晶胞如圖所示，則其化學(xué)式為CuFeS₂，該晶胞上下底面為正方形，側(cè)面與底面垂直，根據(jù)圖中所示的數(shù)據(jù)列式計(jì)算該晶體的密度d=4.32g•cm^-3．（保留兩位小數(shù)）

Answer 1

分析 A、B、C、D四種短周期元素，它們的核電荷數(shù)依次增大，A原子、C原子的L能層中都有兩個(gè)未成對(duì)的電子，則A原子核外電子排布為1s²2s²2p²，C原子核外電子排布為1s²2s²2p⁴，故A為碳元素、C為氧元素；B原子序數(shù)介于C、O之間，則B為氮元素；C、D同主族，則D為S元素；E、F都是第四周期元素，E原子核外有4個(gè)未成對(duì)電子，原子核外電子排布為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，則E為Fe；F原子除最外能層只有1個(gè)電子外，其余各能層均為全充滿，F(xiàn)原子核外電子數(shù)=2+8+18+1=29，則F為Cu元素．
（1）基態(tài)S原子中電子占據(jù)的最高能層為第3能層；
（2）Fe²⁺離子的價(jià)層電子排布3d⁶，根據(jù)泡利原理、洪特規(guī)則畫(huà)出價(jià)層電子排布圖；F為Cu元素，原子核外有29個(gè)電子，根據(jù)能量最低原理書(shū)寫(xiě)核外電子排布式；
（3）碳元素的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物為H₂CO₃，分子結(jié)構(gòu)式為，中心C原子成3個(gè)σ鍵、沒(méi)有孤電子對(duì)，碳原子雜化軌道數(shù)目為3；B的氣態(tài)氫化物為NH₃，價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4；
（4）化合物CO₂、N₂O和陰離子SCN^-互為等電子體，它們結(jié)構(gòu)相似，SCN^-中C原子與S、N原子之間形成2對(duì)共用電子對(duì)；Fe³⁺離子與SCN^-形成的配合物顏色為血紅色；
（5）利用均攤法計(jì)算晶胞中S、Fe、Cu原子數(shù)目，進(jìn)而確定化學(xué)式，表示出晶胞質(zhì)量，再根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算晶胞密度．

解答 解：A、B、C、D四種短周期元素，它們的核電荷數(shù)依次增大，A原子、C原子的L能層中都有兩個(gè)未成對(duì)的電子，則A原子核外電子排布為1s²2s²2p²，C原子核外電子排布為1s²2s²2p⁴，故A為碳元素、C為氧元素；B原子序數(shù)介于C、O之間，則B為氮元素；C、D同主族，則D為S元素；E、F都是第四周期元素，E原子核外有4個(gè)未成對(duì)電子，原子核外電子排布為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，則E為Fe；F原子除最外能層只有1個(gè)電子外，其余各能層均為全充滿，F(xiàn)原子核外電子數(shù)=2+8+18+1=29，則F為Cu元素．
（1）基態(tài)S原子中電子占據(jù)的最高能層為第3能層，符號(hào)M，該能層有1個(gè)s軌道、3個(gè)p軌道、5個(gè)d軌道，共有9 個(gè)原子軌道，
故答案為：M；9；
（2）Fe²⁺離子的價(jià)層電子排布3d⁶，其價(jià)層電子排布圖是，F(xiàn)為Cu元素，原子核外有29個(gè)電子，原子的電子排布式是1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，
故答案為：；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹；
（3）碳元素的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物為H₂CO₃，分子結(jié)構(gòu)式為，中心C原子成3個(gè)σ鍵、沒(méi)有孤電子對(duì)，C原子采取sp²雜化方式；B的氣態(tài)氫化物為NH₃，N原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4，價(jià)層電子對(duì)互斥模型為四面體形，
故答案為：sp²；四面體形；
（4）化合物CO₂、N₂O和陰離子SCN^-互為等電子體，它們結(jié)構(gòu)相似，SCN^-中C原子與S、N原子之間形成2對(duì)共用電子對(duì)，SCN^-的電子式為，F(xiàn)e³⁺離子與SCN^-形成的配合物顏色為血紅色，
故答案為：；血紅色；
（5）晶胞中D（S）原子位于晶胞內(nèi)部，原子數(shù)目為8個(gè)，E（Fe）原子6個(gè)位于面上、4個(gè)位于棱上，E（Fe）原子數(shù)目=6×$\frac{1}{2}$+4×$\frac{1}{2}$=4，F(xiàn)（Cu）原子位于4個(gè)位于面上、1個(gè)內(nèi)部、8個(gè)頂點(diǎn)上，原子數(shù)目=4×$\frac{1}{2}$+1+8×$\frac{1}{8}$=4，晶體中Cu、Fe、S原子數(shù)目之比=4：4：8=1：1：2，故該晶體化學(xué)式為：CuFeS₂，
晶胞質(zhì)量=$\frac{（56+64+32×2）g/mol}{6.02×1{0}^{23}mo{l}^{-1}}$×4，晶胞體積=（524×10^-10 cm）²×1030×10^-10 cm，
該晶體的密度d=（$\frac{（56+64+32×2）g/mol}{6.02×1{0}^{23}mo{l}^{-1}}$×4×4）÷[（524×10^-10 cm）²×1030×10^-10 cm]=4.32g/cm³，
故答案為：CuFeS₂；4.32．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)的考查，涉及核外電子排布、雜化理論、等電子體、配合物、晶胞計(jì)算等，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，（5）為易錯(cuò)點(diǎn)、難點(diǎn)，需要學(xué)生具備一定的空間想象與數(shù)學(xué)計(jì)算能力，難度中等．