Question

9．已知A、B、C、D、E五種元素的原子序數(shù)依次增大，A元素位于周期表的s區(qū)，其原子中電子層數(shù)等于未成對電子數(shù)；B的基態(tài)原子中電子占據(jù)三種能量不同的原子軌道，且每種原子軌道中的電子總數(shù)相同；D原子的核外成對電子數(shù)是未成對電子數(shù)的3倍．A、B、D三種元素組成的一種化合物M是新裝修居室中常含有的一種有害氣體，A、B兩種元素組成的原子個數(shù)之比為1：1的化合物N是常見的有機溶劑．E是有“生物金屬”之稱，E⁴⁺和氬原子的核外電子排布相同．
（1）E的基態(tài)原子的價電子排布圖為．
（2）B、C、D三種元素的氫化物的沸點高低順序為H₂O＞NH₃＞CH₄（用化學(xué)式表示，下同），穩(wěn)定性順序為H₂O＞NH₃＞CH₄；
（3）化合物M是同類物質(zhì)中為數(shù)不多的氣體，且分子中所有原子共平面，則M中σ鍵和π鍵個數(shù)比為3：1，B原子的雜化類型為sp²，M能和水以任意比混溶的原因是甲醛分子能和水分子形成氫鍵；
（4）E的一種氧化物Q，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖1所示，則Q的化學(xué)式為TiO₂；
（5）電鍍廠排放的廢水中常含有劇毒的BC^-，可在Q的催化下，先用NaClO將BC⁺氧化成BCD^-，然后在酸性條件下BCD^-可以繼續(xù)被NaClO氧化成C₂和BD₂；
①與BCD^-互為等電子體的分子是CO₂（寫出一種即可）；可以推知BCD^-的空間構(gòu)型為直線形；
②上述反應(yīng)中后一步反應(yīng)的離子方程為2CNO^-+2H⁺+3ClO^-=N₂↑+2CO₂↑+3C1^-+H₂O．
（6）E內(nèi)部原子的堆積方式與銅相同，都是面心立方堆積方式，如圖2所示，則E晶胞中E的配位數(shù)為12，若該晶胞的密度為a g/cm³，阿伏加德羅常數(shù)為N_A mol^-1，E原子的摩爾質(zhì)量為Mg/mol，則E原子的半徑為$\root{3}{\frac{\sqrt{2}M}{8{aN}_{A}}}$cm．

Answer 1

分析 A、B、C、D、E五種元素的原子序數(shù)依次遞增，A位于周期表的s區(qū)，其原子中電子層數(shù)和未成對電子數(shù)相同，短周期s區(qū)，只有ⅠA有單電子，則A為氫元素；B的基態(tài)原子中電子占據(jù)三種能量不同的原子軌道，且每種軌道中的電子總數(shù)相同，則B原子電子排布式為1s²2s²2p²，故B為碳元素；D原子的核外成對電子對數(shù)與未成對電子數(shù)之比為3：1，則D為O元素，所以C為N元素；A、B、D三種元素組成的一種化合物M是新裝修居室中常含有的一種有害氣體，則M為甲醛，A、B兩種元素組成的原子個數(shù)之比為1：1的化合物N是常見的有機溶劑，則N為苯，E有“生物金屬”之稱，E⁴⁺離子和氬原子的核外電子排布相同，則E的原子序數(shù)為18+4=22，為Ti元素，據(jù)此答題即可．

解答 解：A、B、C、D、E五種元素的原子序數(shù)依次遞增，A位于周期表的s區(qū)，其原子中電子層數(shù)和未成對電子數(shù)相同，短周期s區(qū)，只有ⅠA有單電子，則A為氫元素；B的基態(tài)原子中電子占據(jù)三種能量不同的原子軌道，且每種軌道中的電子總數(shù)相同，則B原子電子排布式為1s²2s²2p²，故B為碳元素；D原子的核外成對電子對數(shù)與未成對電子數(shù)之比為3：1，則D為O元素，所以C為N元素；A、B、D三種元素組成的一種化合物M是新裝修居室中常含有的一種有害氣體，則M為甲醛，A、B兩種元素組成的原子個數(shù)之比為1：1的化合物N是常見的有機溶劑，則N為苯，E有“生物金屬”之稱，E⁴⁺離子和氬原子的核外電子排布相同，則E的原子序數(shù)為18+4=22，為Ti元素，
（1）E為鈦，Ti是22號元素，其原子核外有22個電子，3d能級上有2個電子、4s能級上有2個電子，3d、4s電子為其價電子，所以其價電子排布圖為，故答案為：；
（2）常溫下水為液體，沸點最高，氨氣、甲烷常溫下為氣體，氨氣分子中存在氫鍵，沸點比甲烷高，故沸點H₂O＞NH₃＞CH₄，元素的非金屬性越強，其氣態(tài)氫化物越穩(wěn)定，即穩(wěn)定性：H₂O＞NH₃＞CH₄故答案為：H₂O＞NH₃＞CH₄；H₂O＞NH₃＞CH₄；
（3）甲醛分子式為：CH₂O，呈平面三角形，則C原子采取sp²雜化；1molM分子中σ鍵和π鍵的個數(shù)比為3：1，由于甲醛分子能和水分子形成氫鍵，故甲醛易溶于水，故答案為：3：1；sp²；甲醛分子能和水分子形成氫鍵；
（4）由晶胞結(jié)構(gòu)可知，晶胞中Ti元素數(shù)目為1+8×$\frac{1}{8}$=2，O原子數(shù)目為2+4×$\frac{1}{2}$=4，故該氧化物的化學(xué)式為TiO₂，故答案為：TiO₂；
（5）①CNO^-的中含有3個原子，價電子數(shù)為：4+5+6+1=16，與其是等電子體的分子、離子的化學(xué)式依次為CO₂、SCN^-等，二氧化碳為直線形分子，據(jù)此得出CNO^-也為直線形分子，故答案為：CO₂、SCN^-等；直線形；
②CNO^-被NaClO氧化成N₂和CO₂，同時還有為C1^-，反應(yīng)離子方程式為：2CNO^-+2H⁺+3ClO^-=N₂↑+2CO₂↑+3C1^-+H₂O，
故答案為：2CNO^-+2H⁺+3ClO^-=N₂↑+2CO₂↑+3C1^-+H₂O；
（6）Ti的晶胞為面心立方最密堆積，以頂點Ti原子研究，與之最近的Ti原子位于面心上，每個頂點Ti原子為12個面共用，故Ti的配位數(shù)為12；令Ti原子半徑為r cm，則晶胞棱長=$\frac{2\sqrt{2}}{2}$×4r cm=22$\sqrt{2}$r cm，則晶胞體積=（2$\sqrt{2}$r cm）³=16$\sqrt{2}$r³cm³，晶胞中Ti原子數(shù)目=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，晶胞質(zhì)量=4×$\frac{M}{{N}_{A}}$g，則：
a．g/cm³×16$\sqrt{2}$r³cm³=4×$\frac{M}{{N}_{A}}$g，解得r=$\root{3}{\frac{4M}{{N}_{A}×a×16\sqrt{2}}}$=$\root{3}{\frac{\sqrt{2}M}{8a{N}_{A}}}$，
故答案為：12；$\root{3}{\frac{\sqrt{2}M}{8{aN}_{A}}}$．

點評 本題是對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的考查，涉及核外電子排布圖、氫化物穩(wěn)定性與熔沸點高低判斷、雜化軌道、分子結(jié)構(gòu)、晶胞結(jié)構(gòu)與計算等，（6）中需要學(xué)生具備一定的空間想象與數(shù)學(xué)計算能力，難度中等．