Question

19．A、B、C、D、E為原子序數(shù)依次增大的五種元素，A的一種同位素可用于考古中測定生物的死亡年代； B與A同周期，其s能級電子數(shù)比p能級電子數(shù)多；C原子的最外層電子數(shù)是次外層的3倍；D與B同主族；E的原子序數(shù)為29．回答下列問題：
（1）五種元素中第一電離能最大的是N（填元素符號），其中D原子價電子排布圖為．
（2）元素B的簡單氣態(tài)氫化物的沸點高于（填“高于”或“低于”）元素A的簡單氣態(tài)氫化物的沸點，其主要原因是NH₃分子之間存在氫鍵； A的簡單氣態(tài)氫化物中心原子的雜化軌道類型為sp³．
（3）BC₃^-的立體構型為平面三角形，與其互為等電子體的分子是SO₃（寫化學式）．
（4）EC在加熱條件下容易轉(zhuǎn)化為E₂C，從原子結構的角度解釋原因Cu²⁺離子外圍電子排布為3d⁹，而Cu⁺離子外圍電子排布為3d¹⁰，為全滿穩(wěn)定狀態(tài)，Cu₂O更穩(wěn)定；E原子的外圍電子排布式為3d¹⁰4s¹，E晶體的堆積方式為④（填序號）
①簡單立方堆積                 ②體心立方堆積
③六方最密堆積                 ④面心立方最密堆積
（5）硼與D可形成一種耐磨材料F，其結構與金剛石相似（如圖），可由硼的三溴化物和D的三溴化物于高溫下在氫氣的氛圍中合成．寫出合成F的化學方程式：BBr₃+PBr₃+3H₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$BP+6HBr．F的晶胞邊長為a pm，則該晶體密度的表達式為$\frac{4×42}{{N}_{A}×（a×1{0}^{-10}）^{3}}$g•cm^-3． （用含a、N_A的式子表示，不必化簡）．

Answer 1

分析 A、B、C、D、E為原子序數(shù)依次增大的五種元素，A的一種同位素可用于考古中測定生物的死亡年代，則A為碳元素； B與A同周期，其s能級電子數(shù)比p能級電子數(shù)多，原子核外電子數(shù)排布式為1s²2s²2p³，則B為N元素；C原子的最外層電子數(shù)是次外層的3倍，原子只能有2個電子層，最外層電子數(shù)為6，故C為O元素；D與B同主族，則D為P元素；E的原子序數(shù)為29，則E為Cu．
（1）非金屬性越強第一電離能越大，N元素原子2p能級為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素的；
D為P元素，原子價電子排布式為3s²3p³，結合泡利原理、洪特規(guī)則畫出價電子排布圖；
（2）NH₃分子之間存在氫鍵，沸點高于甲烷的，甲烷分子中C原子形成4個C-H將，沒有孤對電子，雜化軌道數(shù)目為4；
（3）計算NO₃^-中N原子孤電子對數(shù)、價層電子對數(shù)，確定其立體構型；原子數(shù)目相等、價電子總數(shù)也相等的微粒互為等電子體；
（4）Cu⁺離子外圍電子排布為3d¹⁰，為全滿穩(wěn)定狀態(tài)，Cu₂O更穩(wěn)定；根據(jù)能量最低原理書寫Cu原子的外圍電子排布式，Cu晶體的堆積方式為面心立方最密堆積；
（5）硼與P可形成一種耐磨材料F，其結構與金剛石相似，則F為BP，可由硼的三溴化物和D的三溴化物于高溫下在氫氣的氛圍中合成，反應還生成HBr，根據(jù)原子守恒配平；
計算金剛石晶胞中C原子數(shù)目，可以確定晶胞中B、P原子數(shù)目，表示出BP晶胞質(zhì)量，再根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計算晶胞密度．

解答 解：A、B、C、D、E為原子序數(shù)依次增大的五種元素，A的一種同位素可用于考古中測定生物的死亡年代，則A為碳元素； B與A同周期，其s能級電子數(shù)比p能級電子數(shù)多，原子核外電子數(shù)排布式為1s²2s²2p³，則B為N元素；C原子的最外層電子數(shù)是次外層的3倍，原子只能有2個電子層，最外層電子數(shù)為6，故C為O元素；D與B同主族，則D為P元素；E的原子序數(shù)為29，則E為Cu．
（1）非金屬性越強第一電離能越大，N元素原子2p能級為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素的，故N元素的第一電離能最大，
D為P元素，原子價電子排布式為3s²3p³，原子價電子排布圖為，
故答案為：N；；
（2）元素A、B的簡單氣態(tài)氫化物分別為CH₄、NH₃，NH₃分子之間存在氫鍵，沸點高于甲烷的，甲烷分子中C原子形成4個C-H將，沒有孤對電子，故碳原子采取sp³雜化，
故答案為：高于；NH₃分子之間存在氫鍵；sp³；
（3）NO₃^-中N原子孤電子對數(shù)=$\frac{5+1-2×3}{2}$=0，價層電子對數(shù)=3+0=3，立體構型為平面三角形，與其互為等電子體的分子是SO₃，
故答案為：平面三角形；SO₃；
（4）Cu²⁺離子外圍電子排布為3d⁹，而Cu⁺離子外圍電子排布為3d¹⁰，為全滿穩(wěn)定狀態(tài)，Cu₂O更穩(wěn)定，CuO在加熱條件下容易轉(zhuǎn)化為Cu₂O，
Cu原子的外圍電子排布式為：3d¹⁰4s¹，Cu晶體的堆積方式為面心立方最密堆積，
故答案為：Cu²⁺離子外圍電子排布為3d⁹，而Cu⁺離子外圍電子排布為3d¹⁰，為全滿穩(wěn)定狀態(tài)，Cu₂O更穩(wěn)定；3d¹⁰4s¹；④；
（5）硼與P可形成一種耐磨材料F，其結構與金剛石相似（如圖），則F為BP，可由硼的三溴化物和D的三溴化物于高溫下在氫氣的氛圍中合成，合成F的化學方程式：BBr₃+PBr₃+3H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$BP+6HBr，
金剛石晶胞中C原子數(shù)目為4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，則晶胞中B、P原子數(shù)目均為4，晶胞質(zhì)量為4×$\frac{11+31}{{N}_{A}}$g，晶胞邊長為a pm，則該晶體密度為4×$\frac{11+31}{{N}_{A}}$g÷（a×10^-10 cm）³=$\frac{4×42}{{N}_{A}×（a×1{0}^{-10}）^{3}}$g•cm^-3．
故答案為：BBr₃+PBr₃+3H₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$BP+6HBr；$\frac{4×42}{{N}_{A}×（a×1{0}^{-10}）^{3}}$．

點評 本題是對物質(zhì)結構與性質(zhì)的考查，涉及核外電子排布、電離能、氫鍵、空間構型與雜化方式、晶胞計算等，是對物質(zhì)結構主干知識綜合考查，需要學生具備扎實的基礎．