Question

13．四種短周期元素A、B、C、D的原子序數(shù)依次遞增．其中A、B、C二種元素基態(tài)原子的2p能級上都有未成對電子．且未成對電子個數(shù)分別是2、3、2；D與C 可以形成D₂C和D₂C₂兩種化合物．回答下列問題：
（1）已知A元素與氫元素形成的某種氣態(tài)化合物在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的密度為1.161g•L^-1，則在該化合物的分子中A原子的雜化方式為sp．
（2）A、B、C二種元素的第一電離能由小到大的順序為C＜O＜N（填元素符號）．
（3）+1價氣態(tài)基態(tài)陽離子再欠去一個電子形成+2價氣態(tài)基態(tài)陽離子所需要的能量稱為第二電離能I₂，依次還有I₃、I₄、I₅…，推測D元素的電離能第一次突增應(yīng)出現(xiàn)在第二電離能．
（4）AC₂在高溫高壓下所形成的晶體其晶胞如圖1所示．該晶體的類型屬于原子晶體．該品體中A原子軌道的雜化類型為sp³．
（5）A和C形成原子個數(shù)比為1：3的常見離子．推測這種微粒的空間構(gòu)型為平面三角形．
（6）C和D形成的一種離子化合物D₂C的品胞結(jié)構(gòu)如圖2所示．該晶體中陽離子的配位數(shù)為4．距一個陰離子周圍最近的所有陽離子為頂點構(gòu)成的幾何體為立方體．已知該晶胞的密度為ρg•cm^-3，阿伏加德羅常數(shù)為N_A．則晶胞邊長a=$\root{3}{\frac{248}{ρ•{N}_{A}}}$cm（用含ρ、N_A的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 四種短周期元素A、B、C、D的原子序數(shù)依次遞增．其中A、B、C二種元素基態(tài)原子的2p能級上都有未成對電子，核外電子排布式分別為1s²2s²2p²、1s²2s²2p³、1s²2s²2p⁴，則A為碳、B為N、C為O；D與C可以形成D₂C和D₂C₂兩種化合物，則D為Na，
（1）碳元素與氫元素形成的某種氣態(tài)化合物在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的密度為1.161g•L^-1，則該化合物的相對分子質(zhì)量=1.161×22.4=26，應(yīng)是C₂H₂，根據(jù)C原子形成的σ鍵及孤對電子判斷雜化方式；
（2）同周期隨原子序數(shù)增大第一電離能呈增大趨勢，但N元素原子2p能級容納3個電子，處于半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低；
（3）不同能層能量形成較大，故失去不同能層的電子時，電離能發(fā)生突增；
（4）由晶胞圖可知晶胞中每個C形成4個C-O鍵，每個O形成2個O-C鍵，形成空間的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，該晶體的類型屬于原子晶體，根據(jù)C原子形成的σ鍵及孤對電子判斷雜化方式；
（5）A和C形成原子個數(shù)比為1：3的常見離子為CO₃^2-，計算C原子價層電子對數(shù)與孤電子對，確定其空間構(gòu)型；
（6）由Na₂O晶胞結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)可知，晶胞中黑色球數(shù)目=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，白色球數(shù)目=8，故白色球為Na⁺離子、黑色球為O^2-，根據(jù)白色球周圍的黑色球數(shù)目判斷Na⁺離子的配位數(shù)；
以晶胞中上面心O^2-離子為研究對象，距一個O^2-周圍最近的Na⁺離子有8個，位于晶胞中上層4個Na⁺及上面晶胞中的下層4個Na⁺，8個Na⁺離子構(gòu)成的幾何體中每個都是正方形，形成立方體結(jié)構(gòu)；
計算晶胞的質(zhì)量，棱長=$\root{3}{\frac{晶胞質(zhì)量}{晶胞密度}}$．

解答 解：（1）碳元素與氫元素形成的某種氣態(tài)化合物在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的密度為1.161g•L^-1，則該化合物的相對分子質(zhì)量=1.161×22.4=26，應(yīng)是C₂H₂，分子中C原子沒有孤對電子、形成2個σ鍵，采取sp雜化，
故答案為：sp；
（2）同周期隨原子序數(shù)增大第一電離能呈增大趨勢，但N元素原子2p能級容納3個電子，處于半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素，故第一電離能C＜O＜N，
故答案為：C＜O＜N；
（3）D為Na元素，第三能層只有3s¹，第3能層與第2能層能量相差較大，故失去第2能層時電子需要能量突增，即電離能第一次突增應(yīng)出現(xiàn)在第二電離能，
故答案為：二；
（4）由CO₂在高溫高壓下所形成的晶體晶胞圖，可知晶胞中每個C形成4個C-O鍵，每個O形成2個O-C鍵，形成空間的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，該晶體的類型屬于原子晶體，該晶體中C原子形成4個σ鍵，沒有孤對電子，C原子采取sp³雜化，
故答案為：原子；sp³；
（5）C和C形成原子個數(shù)比為1：3的常見離子為CO₃^2-，離子中C原子孤電子對數(shù)=$\frac{4+2-2×3}{2}$=0、價層電子對數(shù)=3+0=3，故這種微粒的空間構(gòu)型為平面三角形，
故答案為：平面三角形；
（6）由Na₂O晶胞結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)可知，晶胞中黑色球數(shù)目=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，白色球數(shù)目=8，故白色球為Na⁺離子、黑色球為O^2-，該晶體中Na⁺離子周圍有4個O^2-，故Na⁺離子的配位數(shù)為4；
以晶胞中上面心O^2-離子為研究對象，距一個O^2-周圍最近的Na⁺離子有8個，位于晶胞中上層4個Na⁺及上面晶胞中的下層4個Na⁺，8個Na⁺離子構(gòu)成的幾何體中每個都是正方形，形成立方體結(jié)構(gòu)；該晶胞質(zhì)量=4×$\frac{62}{N{\;}_{A}}$g，該晶胞的密度為ρ g•cm^-3，
則晶胞邊長a=$\root{3}{\frac{\frac{4×62}{{N}_{A}}}{ρ}}$cm=$\root{3}{\frac{248}{ρ•{N}_{A}}}$cm，
故答案為：4；立方體；$\root{3}{\frac{248}{ρ•{N}_{A}}}$．

點評 本題考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，涉及核外電子排布、電離能、分子結(jié)構(gòu)與雜化軌道、晶胞結(jié)構(gòu)與計算，晶胞結(jié)構(gòu)對學(xué)生的空間想象有一定的要求，注意利用均攤法進(jìn)行計算，難度中等．