Question

9．原子序數(shù)依次增大的四種元素A、B、C、D依次處于第一至第四周期，自然界中存在多種A的化合物，B原子核外電子有6種不同的運動狀態(tài)，B與C可形成正四面體形分子，D的基態(tài)原子的最外能層只有一個電子，其他能層均已充滿電子．
請回答下列問題：
（1）這四種元素中電負性最大的元素，其基態(tài)原子的價電子排布圖為．
（2）C所在主族的四種元素分別與A形成的化合物，沸點由高到低的順序是HF＞HI＞HBr＞HCl（填化學式），呈現(xiàn)如此遞變規(guī)律的原因是HF分子之間形成氫鍵，使其熔沸點較高，HI、HBr、HCl分子之間只有范德華力，相對分子質量越大，范德華力越大，沸點越高．
（3）B元素可形成多種單質，一種晶體結構如圖一所示，其原子的雜化類型為sp²，另一種的晶胞如圖二所示，用最簡式表示該晶胞的空間利用率$\frac{{\sqrt{3}π}}{16}$．

（4）D元素形成的單質，其晶胞內(nèi)D原子的配位數(shù)為12，D的醋酸鹽晶體局部結構如圖三，該晶體中含有的化學鍵是①②③（填選項序號）．
①極性鍵     ②非極性鍵     ③配位鍵     ④金屬鍵
（5）D元素形成的單質，既不溶于氨水也不溶于雙氧水，但溶于兩者的混合溶液．寫出該反應的離子方程式Cu+4NH₃•H₂O+H₂O₂=[Cu（NH₃）₄]²⁺+4H₂O+2OH^-．

Answer 1

分析 原子序數(shù)依次增大的四種元素A、B、C、D分別處于第一至第四周期，自然界中存在多種A的化合物，則A為氫元素；B原子核外電子有6種不同的運動狀態(tài)，即核外有6個電子，則B為碳元素；D的基態(tài)原子的最外能層只有一個電子，其他能層均已充滿電子，D原子外圍電子排布為3d¹⁰4s¹，則D為銅元素；結合原子序數(shù)可知，C只能處于第三周期，B與C可形成正四面體型分子，則B為氯元素．
（1）四種元素中電負性最大的是Cl，其基態(tài)原子的價電子排布為3s²3p⁵；
（2）HF分子間存在氫鍵，沸點最高，其它鹵化氫隨著相對分子質量遞增，其沸點升高；
（3）圖一為平面結構，在其層狀結構中碳碳鍵鍵角為120°，每個碳原子都結合著3個碳原子，碳原子采取sp²雜化；
根據(jù)均攤法計算晶胞中C原子數(shù)目，令碳原子直徑為a，計算晶胞中C原子總體積，碳原子與周圍的4個原子形成正四面體結構，中心碳原子與正四面體頂點原子相鄰，中心碳原子到底面距離為$\frac{a}{3}$，則正四面體的高為（a+$\frac{a}{3}$），設正四面體的棱長為x，則斜面的高為$\frac{\sqrt{3}}{2}$x，底面中心到邊的距離為為$\frac{\sqrt{3}}{2}$x×$\frac{1}{3}$，再根據(jù)勾股定理計算x與a的關系，晶胞棱長=2x×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=$\sqrt{2}$x，再計算晶胞體積，晶胞空間利用率=$\frac{原子總體積}{晶胞體積}$×100%；
（4）晶體Cu為面心立方最密堆積，所以配位數(shù)為12，結合圖三醋酸銅晶體的局部結構可確定其晶體中含有極性鍵、非極性鍵和配位鍵；
（5）金屬Cu與雙氧水發(fā)生氧化還原反應，生成的銅離子隨即與一水合氨中的氮形成配位鍵．

解答 解：原子序數(shù)依次增大的四種元素A、B、C、D分別處于第一至第四周期，自然界中存在多種A的化合物，則A為氫元素；B原子核外電子有6種不同的運動狀態(tài)，即核外有6個電子，則B為碳元素；D的基態(tài)原子的最外能層只有一個電子，其他能層均已充滿電子，D原子外圍電子排布為3d¹⁰4s¹，則D為銅元素；結合原子序數(shù)可知，C只能處于第三周期，B與C可形成正四面體型分子，則B為氯元素，
（1）四種元素中電負性最大的是Cl，其基態(tài)原子的價電子排布為3s²3p⁵，其基態(tài)原子的價電子排布圖為，
故答案為：；
（2）HF分子之間形成氫鍵，使其熔沸點較高，HI、HBr、HCl分子之間只有范德華力，相對分子質量越大，范德華力越大，沸點越高，即沸點由高到低的順序是HF＞HI＞HBr＞HCl，
故答案為：HF＞HI＞HBr＞HCl；HF分子之間形成氫鍵，使其熔沸點較高，HI、HBr、HCl分子之間只有范德華力，相對分子質量越大，范德華力越大，沸點越高；
（3）圖一為平面結構，在其層狀結構中碳碳鍵鍵角為120°，每個碳原子都結合著3個碳原子，碳原子采取sp²雜化；
一個晶胞中含碳原子數(shù)為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$+4=8，令碳原子直徑為a，晶胞中C原子總體積=8×$\frac{4}{3}$π（$\frac{a}{2}$）³，碳原子與周圍的4個原子形成正四面體結構，中心碳原子與正四面體頂點原子相鄰，中心碳原子到底面距離為$\frac{a}{3}$，則正四面體的高為（a+$\frac{a}{3}$）=$\frac{4a}{3}$，設正四面體的棱長為x，則斜面的高為$\frac{\sqrt{3}}{2}$x，底面中心到邊的距離為$\frac{\sqrt{3}}{2}$x×$\frac{1}{3}$，再根據(jù)勾股定理：（$\frac{4a}{3}$）²+（$\frac{\sqrt{3}}{2}$x×$\frac{1}{3}$）²=（$\frac{\sqrt{3}}{2}$x）²，整理得x=$\frac{2\sqrt{6}}{3}a$，故晶胞棱長=$\frac{2\sqrt{6}}{3}a$×$\sqrt{2}$=$\frac{4\sqrt{3}}{3}$a，則晶胞體積為（$\frac{4\sqrt{3}}{3}$）³，晶胞空間利用率={[8×$\frac{4}{3}$π（$\frac{a}{2}$）³]÷（$\frac{4\sqrt{3}}{3}$）³}×100%=$\frac{{\sqrt{3}π}}{16}$，
故答案為：sp²；$\frac{{\sqrt{3}π}}{16}$；
（4）晶體Cu為面心立方最密堆積，所以配位數(shù)為12，結合圖三醋酸銅晶體的局部結構可確定其晶體中含有極性鍵、非極性鍵和配位鍵，
故答案為：12；①②③；
（5）金屬Cu與雙氧水發(fā)生氧化還原反應，生成的銅離子隨即與一水合氨中的氮形成配位鍵，離子方程式是Cu+4NH₃•H₂O+H₂O₂=[Cu（NH₃）₄]²⁺+4H₂O+2OH^-，
故答案為：Cu+4NH₃•H₂O+H₂O₂=[Cu（NH₃）₄]²⁺+4H₂O+2OH^-．

點評 本題是對物質結構的考查，題目綜合性較大，涉及元素推斷、核外電子排布、晶體結構與化學鍵、雜化軌道、配合物、晶胞計算等，是對學生綜合能力的考查，需要學生具備一定的空間想象與數(shù)學計算能力，難度中等．