Question

3．前四周期A、B、C、D、E、F、G原子序數(shù)依次增大，A元素的質(zhì)子數(shù)和質(zhì)量數(shù)相等，B元素具有三個(gè)能級(jí)且所排電子數(shù)相同，D元素2p能級(jí)上電子數(shù)是2s能級(jí)的兩倍；D和E相鄰且同主族．F是第四周期未成對(duì)電子最多的原子，G是目前使用量最多的金屬．
請(qǐng)回答下列問(wèn)題：（用推出的元素符號(hào)或者化學(xué)式作答）
（1）F的價(jià)電子排布式為3d⁵4s¹，B、C、D三種元素的第一電離能從大到小的順序?yàn)镹＞O＞C，D和E電負(fù)性較大的是O＞S．
（2）BD₃^2-中B原子的雜化方式為sp²，該離子的空間構(gòu)型為平面正三角形，鍵角為120°°．
（3）寫(xiě)出一種由A、C、D組成且既含離子鍵又含共價(jià)鍵的物質(zhì)的化學(xué)式NH₄NO₃，化合物ABC中σ鍵和π鍵數(shù)目之比為1：1，C的氣態(tài)氫化物在一定的壓強(qiáng)下，測(cè)得的密度比該壓強(qiáng)下理論密度略大，請(qǐng)解釋原因NH₃通過(guò)氫鍵形成“締合”分子，導(dǎo)致相對(duì)分子質(zhì)量增大，分子間作用力增強(qiáng)，分子間距離減小，導(dǎo)致密度反常增大．
（4）B和C的最高價(jià)含氧酸的酸性較強(qiáng)的是HNO₃，過(guò)量的G與C的最高價(jià)含氧酸稀溶液反應(yīng)的離子方程式為3Fe+8H⁺+2NO₃^-=3Fe²⁺+2NO↑+4H₂O．
（5）E和G形成的某種晶胞如圖所示：其中白球表示E，黑球表示G．則該物質(zhì)的化學(xué)式為FeS，假設(shè)該晶胞的密度為ρ g/cm³，用N_A表示阿伏加德羅常數(shù)，則該晶胞中距離最近的G原子之間的距離為$\frac{\sqrt{2}}{2}$×$\root{3}{\frac{352}{{N}_{A}ρ}}$cm．

Answer 1

分析 根據(jù)“A元素的質(zhì)子數(shù)和質(zhì)量數(shù)相等”推知A為H（氫）；根據(jù)“B元素具有三個(gè)能級(jí)且所排電子數(shù)相同”推知B為C（碳）；根據(jù)“D元素2p能級(jí)上電子數(shù)是2s能級(jí)的兩倍”推知D為O（氧）；根據(jù)“B、C、D原子序數(shù)依次增大”推知C為N（氮）；根據(jù)“D和E相鄰且同主族”推知E為S（硫）；第四周期中Cr元素的未成對(duì)電子高達(dá)6個(gè)最多，故F為Cr（鉻）；根據(jù)“G是目前使用量最多的金屬”推知G為Fe（鐵）．
（1）Cr的價(jià)電子排布式是保證3d能級(jí)和4s能級(jí)都處于半充滿狀態(tài)，更加穩(wěn)定；
第一電離能同一周期從左到右呈增大趨勢(shì)，Ⅱ_A族、Ⅴ族反常；電負(fù)性同一主族自上而下逐漸降低；
（2）計(jì)算CO₃^2-中碳原子孤電子對(duì)數(shù)、價(jià)層電子對(duì)數(shù)，確定碳原子雜化方式、微粒的空間構(gòu)型，進(jìn)而確定鍵角；
（3）銨鹽屬于離子化合物存在離子鍵也存在共價(jià)鍵；HCN分子中存在兩條σ鍵和2條π鍵；NH₃通過(guò)氫鍵形成“締合”分子；
（4）非羥基氧數(shù)目越多，酸性越強(qiáng)；過(guò)量Fe與稀硝酸反應(yīng)，F(xiàn)e被氧化成+2價(jià)鐵，稀硝酸被還原成NO，用H⁺保證電荷守恒，用H₂O保證H和O的守恒；
（5）根據(jù)均攤法計(jì)算晶胞中Fe、S原子數(shù)目，約成最簡(jiǎn)整數(shù)比既得化學(xué)式；計(jì)算晶胞質(zhì)量，根據(jù)密度×體積=質(zhì)量的公式，假設(shè)該晶胞的邊長(zhǎng)為a，代入數(shù)據(jù)得a，二者距離最近的S原子之間距離為晶胞邊長(zhǎng)的$\frac{\sqrt{2}}{2}$．

解答 解：根據(jù)“A元素的質(zhì)子數(shù)和質(zhì)量數(shù)相等”推知A為H（氫）；根據(jù)“B元素具有三個(gè)能級(jí)且所排電子數(shù)相同”推知B為C（碳）；根據(jù)“D元素2p能級(jí)上電子數(shù)是2s能級(jí)的兩倍”推知D為O（氧）；根據(jù)“B、C、D原子序數(shù)依次增大”推知C為N（氮）；根據(jù)“D和E相鄰且同主族”推知E為S（硫）；第四周期中Cr元素的未成對(duì)電子高達(dá)6個(gè)最多，故F為Cr（鉻）；根據(jù)“G是目前使用量最多的金屬”推知G為Fe（鐵）．
（1）Cr的價(jià)電子排布式是保證3d能級(jí)和4s能級(jí)都處于半充滿狀態(tài)，更加穩(wěn)定，故Cr的價(jià)電子排布為3d⁵4s¹；
第一電離能同一周期從左到右呈增大趨勢(shì)，Ⅱ_A族、Ⅴ族反常，故的原動(dòng)力N＞O＞C；
電負(fù)性同一主族自上而下逐漸降低，故電負(fù)性O(shè)＞S，
故答案為：3d⁵4s¹；N＞O＞C；O＞S；
（2）CO₃^2-中C原子孤電子對(duì)數(shù)=$\frac{4+2-2×3}{2}$=0，價(jià)層電子對(duì)數(shù)=3+0=3，故碳原子雜化方式為sp²雜化，空間構(gòu)型為平面正三角形，鍵角為120°，
故答案為：sp²；平面正三角形；120°；
（3）銨鹽屬于離子化合物存在離子鍵也存在共價(jià)鍵，三種元素形成的銨鹽可以是NH₄NO₃或者NH₄NO₂；
HCN中存在兩條σ鍵和2條π鍵，二者之比為1：1；
NH₃通過(guò)氫鍵形成“締合”分子，導(dǎo)致相對(duì)分子質(zhì)量增大，分子間作用力增強(qiáng)，分子間距離減小，導(dǎo)致密度反常增大，
故答案為：NH₄NO₃；1：1；NH₃通過(guò)氫鍵形成“締合”分子，導(dǎo)致相對(duì)分子質(zhì)量增大，分子間作用力增強(qiáng)，分子間距離減小，導(dǎo)致密度反常增大；
（4）HNO₃含有兩個(gè)非羥基O，H₂CO₃存在一個(gè)非羥基O，故HNO₃酸性更強(qiáng)．過(guò)量Fe與稀硝酸反應(yīng)，F(xiàn)e被氧化成+2價(jià)鐵，稀硝酸被還原成NO，反應(yīng)離子方程式為：3Fe+8H⁺+2NO₃^-=3Fe²⁺+2NO↑+4H₂O，
故答案為：HNO₃；3Fe+8H⁺+2NO₃^-=3Fe²⁺+2NO↑+4H₂O；
（5）黑球鐵處于晶胞晶胞，晶胞中含有4個(gè)Fe原子，白球S處于頂點(diǎn)和面心，晶胞中含有S原子數(shù)目為6×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{8}$=4，約成最簡(jiǎn)整數(shù)比既得化學(xué)式為FeS，
晶胞質(zhì)量為4×$\frac{56+32}{{N}_{A}}$g，假設(shè)該晶胞的邊長(zhǎng)為a cm，則（a cm）³×ρ g/cm³=4×$\frac{56+32}{{N}_{A}}$g，則a=$\root{3}{\frac{352}{{N}_{A}ρ}}$，距離最近的S原子之間距離為晶胞邊長(zhǎng)的$\frac{\sqrt{2}}{2}$，故S原子之間距離為$\frac{\sqrt{2}}{2}$×$\root{3}{\frac{352}{{N}_{A}ρ}}$cm，
故答案為：FeS；$\frac{\sqrt{2}}{2}$×$\root{3}{\frac{352}{{N}_{A}ρ}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及核外電子排布、電離能、電負(fù)性、分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、氫鍵、晶胞計(jì)算等，是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)主干知識(shí)的綜合考查，注意同周期第一電離能異常情況，（5）中計(jì)算為易錯(cuò)點(diǎn)、難點(diǎn)，需要學(xué)生具備一定的數(shù)學(xué)計(jì)算能力．