Question

15．已知A、B、C、D、E都是周期表中前四周期的元素，它們的原子序數(shù)依次增大．其中A原子的核外p電子數(shù)比s電子數(shù)少l，C是電負(fù)性最大的元素，D原子次外層電子數(shù)是最外層電子數(shù)的2倍，E原子次外層全充滿，且最外層只有l(wèi)個(gè)電子．
（1）寫出基態(tài)D原子的外圍電子排布式3s²3p²．
（2）A、B、C三種元素的第一電離能由大到小的順序?yàn)镕＞N＞O（用元素符號(hào)表示），A、B兩元素分別與D形成的共價(jià)鍵中，極性較強(qiáng)的鍵是O-Si．
（3）現(xiàn)有A的氫化物X，其中心原子的雜化類型為sp³，其分子空問(wèn)構(gòu)型為三角錐形．1mol配離子[E（X）₄]²⁺中含δ鍵的數(shù)目為16N_A，E²⁺容易與X形成配離子，但不易與AC₃形成配離子，其原因是F吸電子能力強(qiáng)，導(dǎo)致NF₃中N的電子云密度較小，給電子能力弱．
（4）己知E單質(zhì)的晶體堆積模到為面心立方最密堆積，則晶體中E原子的配位數(shù)為12，假設(shè)E原子為剛性小球．已知E原子半徑為r，列式表示該晶體的空間利用率$\frac{4×\frac{4}{3}π{r}^{3}}{（2\sqrt{2}r）^{3}}$．（空間利用率指晶體中全部原子所占體積與晶體總體積之比）．

Answer 1

分析 A元素原子的核外p電子數(shù)比s電子數(shù)少1，所以A的核外電子排布為：1s²2s²2p³，故元素A是N；C是電負(fù)性最大的元素，故元素C為F；它們的原子序數(shù)依次增大，故元素B是O；D原子次外層電子數(shù)是最外層電子數(shù)2倍，故元素D是Si；E排在D后面，則E為第三周期元素或者第四周期元素，E原子次外層全充滿，且最外層只有l(wèi)個(gè)電子，則當(dāng)為第三周期元素時(shí)，其核外電子排布為1s²2s²2p⁶3s¹，則原子序數(shù)為11，不是排在D后面，則舍去，當(dāng)為第四周期元素時(shí)，其核外電子排布為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，則原子序數(shù)為29，符合條件，故元素E為Cu，由此分析解答．
（4）Cu單質(zhì)的晶體為面心立方最密堆積，以頂點(diǎn)Cu原子研究，與之最近的Cu原子處于面心上，每個(gè)頂點(diǎn)為12個(gè)面共用，故Cu的配位數(shù)為12；Cu原子半徑為r，對(duì)角線上三個(gè)Cu原子相鄰，對(duì)角線長(zhǎng)度=4r，則晶胞棱長(zhǎng)=$\sqrt{\frac{（4r）^{2}}{2}}$=2$\sqrt{2}$r，晶胞體積=（2$\sqrt{2}$r）³，該晶胞中Cu原子個(gè)數(shù)=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，每個(gè)Cu原子體積=$\frac{4}{3}$πr³，該晶胞中含有4個(gè)Cu原子，所以晶胞中所有Cu原子體積=4×$\frac{4}{3}$πr³，空間利用率=$\frac{所有銅原子體積}{晶胞體積}$．

解答 解：A元素原子的核外p電子數(shù)比s電子數(shù)少1，所以A的核外電子排布為：1s²2s²2p³，故元素A是N；C是電負(fù)性最大的元素，故元素C為F；它們的原子序數(shù)依次增大，故元素B是O；D原子次外層電子數(shù)是最外層電子數(shù)2倍，故元素D是Si；E排在D后面，則E為第三周期元素或者第四周期元素，E原子次外層全充滿，且最外層只有l(wèi)個(gè)電子，則當(dāng)為第三周期元素時(shí)，其核外電子排布為1s²2s²2p⁶3s¹，則原子序數(shù)為11，不是排在D后面，則舍去，當(dāng)為第四周期元素時(shí)，其核外電子排布為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，則原子序數(shù)為29，符合條件，故元素E為Cu，
（1）硅原子的電子排布式1s²2s²2p⁶3s²3p²，故外圍電子排布式3s²3p²，
故答案為：3s²3p²；
（2）同周期隨原子序數(shù)增大，元素第一電離能呈增大趨勢(shì)，N元素原子2p能級(jí)容納3個(gè)電子，為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素，故第一電離能F＞N＞O；N-Si，O-Si兩種共價(jià)鍵中，氧元素的非金屬性強(qiáng)，O-Si鍵的極性較強(qiáng)，N-Si鍵鍵能較小，
故答案為：F＞N＞O；O-Si；
（3）NH₃分子中N原子呈3個(gè)N-H鍵，N原子還原1對(duì)孤對(duì)電子對(duì)，雜化軌道數(shù)為4，N原子采取sp³雜化；其分子空問(wèn)構(gòu)型為三角錐形；1mol配離子[Cu（NH₃）₄]²⁺中含δ鍵的數(shù)目為16N_A；Cu²⁺容易與NH₃形成配離子，但不易與NF₃形成配離子，其原因是F吸電子能力強(qiáng)，導(dǎo)致NF₃中N的電子云密度較小，給電子能力弱，
故答案為：sp³；三角錐形；16；F吸電子能力強(qiáng)，導(dǎo)致NF₃中N的電子云密度較小，給電子能力弱；
（4）Cu單質(zhì)的晶體為面心立方最密堆積，以頂點(diǎn)Cu原子研究，與之最近的Cu原子處于面心上，每個(gè)頂點(diǎn)為12個(gè)面共用，故Cu的配位數(shù)為12；Cu原子半徑為r，對(duì)角線上三個(gè)Cu原子相鄰，對(duì)角線長(zhǎng)度=4r，則晶胞棱長(zhǎng)=$\sqrt{\frac{（4r）^{2}}{2}}$=2$\sqrt{2}$r，晶胞體積=（2$\sqrt{2}$r）³，該晶胞中Cu原子個(gè)數(shù)=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，每個(gè)Cu原子體積=$\frac{4}{3}$πr³，該晶胞中含有4個(gè)Cu原子，所以晶胞中所有Cu原子體積=4×$\frac{4}{3}$πr³，空間利用率=$\frac{所有銅原子體積}{晶胞體積}$=$\frac{4×\frac{4}{3}π{r}^{3}}{（2\sqrt{2}r）^{3}}$，
故答案為：12；$\frac{4×\frac{4}{3}π{r}^{3}}{（2\sqrt{2}r）^{3}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題以元素推斷為載體，綜合考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，涉及核外電子排布規(guī)律、雜化理論與分子結(jié)構(gòu)、晶胞計(jì)算等，難度中等，（4）注意利用均攤法進(jìn)行晶胞計(jì)算．