Question

3．已知A、B、C、D、E都是元素周期表中的前四周期元素，它們原子序數的大小關系為A＜C＜B＜D＜E．又知A原子的p軌道為半充滿，其形成的簡單氫化物的沸點是同主族非金屬元素的氫化物中最高的．D原子得到一個電子后其3p軌道將全充滿．B⁺離子比D原子形成的離子少一個電子層．C與B可形成BC型的離子化合物．E的原子序數為29．
請回答下列問題：
（1）元素A簡單氫化物中A原子的雜化類型是sp³，B、C、D的電負性由小到大的順序為Na＜Cl＜F（用所對應的元素符號表示）．C的氣態(tài)氫化物易溶于水的原因是HF和H₂O分子之間能形成氫鍵．
（2）E原子的基態(tài)電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹．元素E的單質晶體在不同溫度下可有兩種堆積方式，晶胞分別如右圖a和b所示，則其面心立方堆積的晶胞與體心立方堆積的晶胞中實際含有的E原子的個數之比為2：1．
（3）實驗證明：KCl、MgO、CaO、TiN這4種晶體的結構與NaCl晶體結構相似（如圖所示），其中3種離子晶體的晶格能數據如下表：

離子晶體	NaCl	KCl	CaO
晶格能/kJ•mol-1	786	715	3401

則該4種離子晶體（不包括NaCl）熔點從高到低的順序是：TiN＞MgO＞CaO＞KCl．
（4）金屬陽離子含未成對電子越多，則磁性越大，磁記錄性能越好．離子型氧化物V₂O₅和CrO2中，適合作錄音帶磁粉原料的是CrO₂．
（5）溫室效應，科學家設計反應：CO₂+4H₂→CH₄+2H₂O，以減小空氣中CO₂．若有1mol CH₄生成，則有6mol σ鍵和2mol π鍵斷裂．

Answer 1

分析 A、B、C、D、E都是元素周期表中的前四周期元素，A原子的p軌道半充滿，外圍電子排布為nS²nP³，處于ⅤA族，形成的氫化物的沸點是同主族非金屬元素氫化物中最高的，則A為N元素；D原子得到一個電子后3p軌道全充滿，原子的電子排布式應為1S²2S²2P⁶3S²3P⁵，為Cl元素；B⁺比D原子形成的離子少一個電子層，則B應為Na元素；C與B形成BC型離子化合物，則C應為第Ⅶ主族元素，根據原子序數A＜C＜B＜D＜E可知C為F元素；E的原子序數為29，為Cu元素，據此解答，
（1）元素A簡單氫化物是NH₃，計算N原子價層電子對數，確定其雜化方式；同周期隨原子序數遞增電負性增大，同主族自上而下電負性減��；根據氫鍵分析HF易溶于水；
（2）根據能量最低原理書寫核外電子排布式；用均攤法計算圖a和b中的Cu原子；
（3）晶格能越大熔點越高；
（4）V₂O₅中V 沒有未成對電子，CrO₂中Cr含有2個未成對電子；
（5）CO₂結構式為O=C=O，1個CO₂有2個σ鍵和2個π鍵，4個H₂有4個σ鍵．

解答 解：A、B、C、D、E都是元素周期表中的前四周期元素，A原子的p軌道半充滿，外圍電子排布為nS²nP³，處于ⅤA族，形成的氫化物的沸點是同主族非金屬元素氫化物中最高的，則A為N元素；D原子得到一個電子后3p軌道全充滿，原子的電子排布式應為1S²2S²2P⁶3S²3P⁵，為Cl元素；B⁺比D原子形成的離子少一個電子層，則B應為Na元素；C與B形成BC型離子化合物，則C應為第Ⅶ主族元素，根據原子序數A＜C＜B＜D＜E可知C為F元素；E的原子序數為29，為Cu元素，據此解答．
（1）元素A簡單氫化物是NH₃，N原子價層電子對數=3+$\frac{5-1×3}{2}$=4，故NH₃中N采取sp³雜化；同周期隨原子序數遞增電負性增大，同主族自上而下電負性減小，故電負性Na＜Cl＜F；HF與水分子之間能形成氫鍵，而易溶于水，
故答案為：sp³；Na＜Cl＜F；HF與水分子之間能形成氫鍵；
（2）E為Cu，原子核外電子數為29，根據能量最低原理，核外電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，
由晶胞結構可知，圖a為體心立方堆積晶胞，晶胞中Cu原子數目=1+8×$\frac{1}{8}$=2，圖b為面心立方堆積晶胞，晶胞中Cu原子數目=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，則其面心立方堆積的晶胞與體心立方堆積的晶胞中實際含有的Cu原子的個數之比為4：2=2：1，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹；2：1；
（3）KCl、MgO、CaO、TiN這4種晶體的結構與NaCl晶體結構相似，TiN中離子都帶3個單位電荷，MgO、CaO中離子都帶2個單位電荷，KCl中離子都帶1個單位電荷，離子半徑Cl^-＜O^2-＜N^3-，Mg²⁺＜Ca²⁺＜K⁺，高價化合物的晶格能遠大于低價離子化合物的晶格，晶格能TiN＞MgO＞CaO＞KCl，故熔點TiN＞MgO＞CaO＞KCl，
故答案為：TiN＞MgO＞CaO＞KCl；
（4）V₂O₅中V 沒有未成對電子，CrO₂中Cr含有2個未成對電子，故CrO₂適合作錄音帶磁粉原料，
故答案為：CrO₂；
（5）CO₂結構式為O=C=O，1個CO₂有2個σ鍵和2個π鍵，4個H₂有4個σ鍵，故有1mol CH₄生成，則有6mol σ鍵和2mol π鍵斷裂，
故答案為：6；2．

點評 本題考查物質結構與性質，涉及元素推斷題、核外電子排布、電負性、化學鍵、熔點高低比較、晶胞計算等，推斷出元素的種類是解答本題的關鍵，難度中等，注意理解晶格能的影響因素．