Question

10．現(xiàn)有_aA、_bB、_cC、_dD、_eE五種短周期元素，它們都是生命不可缺少的重要元素．已知它們的原子序數(shù)有如下關(guān)系：a+b=c，a+c=d，c+d=e；B、D、E都有多種同素異形體，B的化合物種類與A的化合物種類何者最多尚有爭議．據(jù)此，回答下列有關(guān)問題：
（1）E與D形成的離子團幾何形態(tài)與硅酸鹽相似，也是四面體結(jié)構(gòu)形式．如圖為一種無限長單鏈結(jié)構(gòu)的E與D形成的離子團，該單鏈結(jié)構(gòu)的化學式為PO₃^2-（或（PO₃）_n^2n-）．E可形成H₃EO₄、
HEO₃、H₃EO₃等多種酸，則這三種酸的酸性由強到弱的順序為HPO₃、H₃PO₄、H₃PO₃ （用化學式填寫）
（2）B、C兩種元素可形成一種硬度比金剛石還大的化合物M．在化合物M中，B、C兩原子以單鍵相結(jié)合，且每個原子的最外層均達到8個電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)．則M的化學式為C₃N₄，M的硬度比金剛石硬度大的原因是C-C鍵長大于C-N鍵長．
（3）C的最高價氧化物的水化物與其簡單氫化物反應，所得化合物中C元素的雜化軌道類型是sp³；sp³．
（4）由上述元素組成的某炸藥其化學式用代號表示為B₈C₈D₁₆．其分子中B元素原子間非極性鍵之間的夾角均為90°；分子中同種元素的原子，化學環(huán)境完全相同．該炸藥的結(jié)構(gòu)簡式為．

Answer 1

分析 B的化合物種類與A的化合物種類何者更多，目前學術(shù)界還有爭議，但有一點是肯定的，那就是沒有第三種元素的化合物種數(shù)會超出它們，則B、A為C或H，又B有多種同素異形體，則B為C，A為H；a+b=c，c=1+6=7，即C為N；a+c=d，d=1+7=8，即D為O；c+d=e，e=7+8=15，即E為P，
（1）D、E分別是O、P元素，SiO₄^4-中價層電子對個數(shù)是4且不含孤電子對，利用均攤法計算其原子個數(shù)比，從而確定其化學式；P可形成H₃PO₄、HPO₃、H₃PO₃等多種酸，含氧酸中非羥基氧原子個數(shù)越多其酸性越強；
（2）B、C分別是C、N元素，B、C兩種元素可形成一種硬度比金剛石還大的化合物M，在化合物M中，B、C兩原子以單鍵相結(jié)合，且每個原子的最外層均達到8個電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，每個C原子形成四個共價鍵、每個N原子形成三個共價鍵，據(jù)此判斷M化學式；
M、金剛石都是原子晶體，原子晶體熔沸點與其鍵長成反比；
（3）C是N元素，其最高價氧化物的水化物是硝酸，其氫化物是氨氣，二者反應生成硝酸銨，根據(jù)價層電子對互斥理論確定N原子雜化類型；
（4）由上述元素組成的某炸藥其化學式用代號表示為C₈N₈O₁₆，其分子中B元素原子間非極性鍵之間的夾角均為90°；分子中同種元素的原子，化學環(huán)境完全相同，說明C原子之間形成正六面體且N元素形成硝基，8個硝基位于8個C原子上，據(jù)此確定結(jié)構(gòu)簡式．

解答 解：B的化合物種類與A的化合物種類何者更多，目前學術(shù)界還有爭議，但有一點是肯定的，那就是沒有第三種元素的化合物種數(shù)會超出它們，則B、A為C或H，又B有多種同素異形體，則B為C，A為H；a+b=c，c=1+6=7，即C為N；a+c=d，d=1+7=8，即D為O；c+d=e，e=7+8=15，即E為P，
（1）根據(jù)圖片知，每個三角錐結(jié)構(gòu)中P原子是1個，O原子個數(shù)=2+2×$\frac{1}{2}$=3，所以P原子和O原子個數(shù)之比=1：3，3個O原子帶6個單位負電荷，每個P原子帶4個單位正電荷，所以形成離子為[PO₃]_n^2n- （或PO₃^2-）；
P可形成H₃PO₄、HPO₃、H₃PO₃等多種酸，含氧酸中非羥基氧原子個數(shù)越多其酸性越強，H₃PO₄、HPO₃、H₃PO₃中非羥基氧原子個數(shù)分別是1、2、0，則酸性強弱順序是HPO₃、H₃PO₄、H₃PO₃；
故答案為：PO₃^2-（或（PO₃）_n^2n-）；HPO₃、H₃PO₄、H₃PO₃；
（2）B、C分別是C、N元素，B、C兩種元素可形成一種硬度比金剛石還大的化合物M，在化合物M中，B、C兩原子以單鍵相結(jié)合，且每個原子的最外層均達到8個電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，每個C原子形成四個共價鍵、每個N原子形成三個共價鍵，則M化學式為C₃N₄；
M、金剛石都是原子晶體，原子晶體熔沸點與其鍵長成反比，C-C鍵長大于C-N鍵長，所以M熔沸點大于金剛石，故答案為：C₃N₄；C-C鍵長大于C-N鍵長；
（3）C是N元素，其最高價氧化物的水化物是硝酸，其氫化物是氨氣，二者反應生成硝酸銨，銨根離子、硝酸根離子中N原子價層電子對個數(shù)都是4，所以N原子都采用sp³雜化，故答案為：sp³；sp³；
（4）由上述元素組成的某炸藥其化學式用代號表示為C₈N₈O₁₆，其分子中B元素原子間非極性鍵之間的夾角均為90°；分子中同種元素的原子，化學環(huán)境完全相同，說明C原子之間形成正六面體且N元素形成硝基，8個硝基位于8個C原子上，其結(jié)構(gòu)簡式為，故答案為：．

點評 本題考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，為高頻考點，涉及結(jié)構(gòu)簡式確定、酸性強弱判斷、原子晶體熔沸點大小比較等知識點，把握物質(zhì)結(jié)構(gòu)特點、化學鍵成鍵特點、價層電子對互斥理論等即可解答，難點是（4）題結(jié)構(gòu)簡式確定．