Question

【題目】元素周期表前四周期的元素a、b、c、d、e，原子序數(shù)依次增大。a的核外電子總數(shù)與其周期數(shù)相同，b的價電子層中未成對電子有3個，c的最外層電子數(shù)為其內(nèi)層電子數(shù)的3倍，d與c同族，e的最外層只有1個電子，但次外層有18個電子。回答下列問題：

(1)b、c、d中第一電離能最大的是_____(填元素符號)，e的價層電子軌道表示式為____。

(2)a和其他元素形成的二元共價化合物中，三角錐形分子的中心原子的雜化方式為____。

(3)這些元素形成的含氧酸中，HNO2、H2SO3的中心原子價層電子對數(shù)之和為____，H2SO3和H2SO4酸根的空間構(gòu)型分別為____、____。

(4)e單質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)如圖1，此晶胞模型名稱為____，e原子半徑為r cm，e的相對原子質(zhì)量為M，晶胞密度為ρ g/cm3，則阿伏加德羅常數(shù)為_____mol-1（用r、ρ表示）。

(5)這5種元素形成的一種1∶1型離子化合物中，陰離子呈四面體結(jié)構(gòu)；陽離子呈軸向狹長的八面體結(jié)構(gòu)(如圖2所示)。

該化合物中，陰離子為____，陽離子中存在的化學(xué)鍵類型有______；該化合物加熱時首先失去的組分是______（填“H2O”或“NH3”），判斷理由是_______。

Answer 1

【答案】N sp3 7 三角錐形 正四面體 面心立方晶胞 SO42- 共價鍵和配位鍵 H2O H2O與Cu2+的配位鍵鍵長較長而比較弱

【解析】

元素周期表前四周期的元素a、b、c、d、e，原子序數(shù)依次增大，a的核外電子總數(shù)與其周期數(shù)相同，則a為H元素；c的最外層電子數(shù)為其內(nèi)層電子數(shù)的3倍，最外層電子數(shù)不超過8個，則c核外電子排布為2、6，因此c是O元素；b的價電子層中的未成對電子有3個，且原子序數(shù)小于c，則b核外電子排布式是1s22s22p3，b原子序數(shù)為7，所以b是N元素；e的最外層只有1個電子，但次外層有18個電子，則e原子核外電子數(shù)為2+8+18+1=29，e為Cu元素；d與c同族，且原子序數(shù)小于e，所以d為S元素。

(1)同一周期元素，元素第一電離能隨著原子序數(shù)增大而呈增大趨勢，但第IIA族和第VA族元素第一電離能大于其相鄰主族元素，同一主族元素中，元素第一電離能隨著原子序數(shù)增大而減��；e的價層電子為3d、4s電子；

(2)a和其他元素形成的二元共價化合物中，分子呈三角錐形，該分子為NH3，根據(jù)價層電子對互斥理論確定該分子的中心原子的雜化方式；

(3)根據(jù)價層電子對理論分析這些元素形成的含氧酸中的中心原子的價層電子對數(shù)之和，根據(jù)原子的價層電子對數(shù)確定H2SO3和H2SO4酸根的空間構(gòu)型；

(4)根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)判斷晶胞晶體類型；根據(jù)晶胞的基本結(jié)構(gòu)可知其中含有的Cu原子數(shù)，利用密度ρ=計算阿伏伽德羅常數(shù)；

(5)這5種元素形成的一種1：1型離子化合物中，陰離子呈四面體結(jié)構(gòu)，說明該陰離子價層電子對個數(shù)是4且不含孤電子對；陽離子呈軸向狹長的八面體結(jié)構(gòu)，根據(jù)圖知：其陽離子中銅離子配位數(shù)是6，在八面體上下頂點上的分子中含有兩個共價鍵且含有兩個孤電子對，為水分子，有兩個H2O分子；正方形平面上四個頂點上的分子中含有3個共價鍵且含有一個孤電子對，該分子為NH3分子，共有4個NH3分子。

根據(jù)上述分析可知：a為H元素；b是N元素； c是O元素；d為S元素；e為Cu元素。

(1)b是N，c是O，d為S。由于同一周期元素的第一電離能隨著原子序數(shù)增大而呈增大趨勢，但第IIA族和第VA族元素第一電離能大于其相鄰元素；同一主族元素的第一電離能隨著原子序數(shù)增大而減小，所以b、c、d三種元素第一電離能最大的是N元素；e是Cu元素，其價層電子為3d、4s電子，則其價層電子排布圖為；

(2)a是H元素，H和其他元素形成的二元共價化合物中，物質(zhì)分子呈三角錐形的為NH3，該分子的中心N原子形成3個共價健N-H，同時N原子上還含有一個孤電子對，價層電子對數(shù)為4，所以N原子的雜化方式為sp3雜化；

(3)這些形成的含氧酸中，HNO2的分子的中心N原子的價層電子對數(shù)為2+=3，H2SO3的中心S原子的價層電子對數(shù)為3+=4，所以HNO2、H2SO3的中心原子價層電子對數(shù)之和為3+4=7；亞硫酸H2SO3的酸根SO32-中的S原子價層電子對數(shù)為：3+=4，且含有一對孤電子對，所以其空間構(gòu)型為三角錐形；硫酸H2SO4的酸根SO42-中的S原子價層電子對數(shù)為：4+=4，中心原子S上無孤對電子，所以其空間構(gòu)型為正四面體形；

(4)根據(jù)Cu晶胞結(jié)構(gòu)可知:Cu晶胞模型類型為立方面心結(jié)構(gòu)；在一個Cu晶胞中含有的Cu原子個數(shù)為：8×+6×=4，Cu的相對原子質(zhì)量為M，則晶胞質(zhì)量m= g，假設(shè)晶胞邊長為L，Cu原子半徑為r cm，則L=4r cm，所以L=2r cm，晶胞體積為V===16 cm3， 則晶胞密度ρ=，所以NA=/mol；

(5)根據(jù)已知條件可知五種元素形成的1：1型離子化合物的陰離子呈四面體結(jié)構(gòu)，說明該陰離子價層電子對個數(shù)是4，且不含孤電子對，則該離子為SO42-；陽離子呈軸向狹長的八面體結(jié)構(gòu)，根據(jù)圖知，其陽離子中的中心離子Cu2+配位數(shù)是6，配位體是H2O、NH3，其中H2O有2個，NH3有4個，H2O、NH3與Cu2+之間通過配位鍵結(jié)合，H2O中存在H-O共價鍵，NH3中存在H-N共價鍵，故陽離子中含有配位鍵和共價鍵；元素的非金屬性O>N，且原子半徑O<N，使得配位體H2O和Cu2+的配位鍵比配位體NH3與Cu2+的配位鍵要弱，因此該化合物在加熱時首先失去的組分是H2O。