Question

12．已知A、B、R、D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元素基態(tài)原子第一電離能比B元素基態(tài)原子的第一電離能大，B的基態(tài)原子的L層、R基態(tài)原子的M層均有2個(gè)單電子，D是第Ⅷ族中原子序數(shù)最小的元素．
（1）寫出基態(tài)D原子的電子排布式[Ar]3d⁶4s²．
（2）已知高純度R的單質(zhì)在現(xiàn)代信息技術(shù)與新能源開發(fā)中具有極為重要的地位．工業(yè) 上生產(chǎn)高純度R的單質(zhì)過(guò)程如下：

寫出③的反應(yīng)方程式SiHCl₃+H₂ $\frac{\underline{\;1000℃-1100℃\;}}{\;}$ Si+3HCl，已知RHCl₃的沸點(diǎn)是31.5°C，則該物質(zhì)的晶體類型是分子晶體，組成微粒的中心原子的軌道雜化類型為sp³，空間構(gòu)型是四面體形．
（3）A的第一電離能比B的第一電離能大的原因是N原子的2p能級(jí)處于較穩(wěn)定的半充滿狀態(tài)，A、B兩元素分別與R形成的共價(jià)鍵中，極性較強(qiáng)的是Si-O．A、B兩元素間能形成多種二元化合物，其中與A₃^-互為等電子體的物質(zhì)的化學(xué)式為N₂O．
（4）已知D單質(zhì)的晶胞如圖所示，則晶體中D原子的配位數(shù)為8，一個(gè)D的晶胞質(zhì)量為$\frac{112}{{N}_{A}}$g．

Answer 1

分析 B的基態(tài)原子的L層、R基態(tài)原子的M層均有2個(gè)單電子，則最外層電子數(shù)可能為4或6，B可能為C或O元素，R可能為Si或S元素，D是第Ⅷ族中原子序數(shù)最小的元素，應(yīng)為Fe，A元素基態(tài)原子第一電離能比B元素基態(tài)原子的第一電離能大，且A的原子序數(shù)小于B，則A是N元素、B是O元素，高純度R的單質(zhì)在現(xiàn)代信息技術(shù)與新能源開發(fā)中具有極為重要的地位，則R是Si元素，
（1）D是Fe元素，其原子核外有26個(gè)電子，根據(jù)構(gòu)造原理書寫基態(tài)D原子的電子排布式；
（2）SiO₂和C在高溫下發(fā)生置換反應(yīng)生成粗Si，粗硅和HCl在300℃條件下反應(yīng)生成SiHCl₃，SiHCl₃和過(guò)量氫氣在1000℃-1100℃條件下反應(yīng)生成純硅，
③的反應(yīng)為SiHCl₃和氫氣的反應(yīng)，生成Si和HCl，分子晶體熔沸點(diǎn)較低，該分子中Si原子價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)是4且不孤電子對(duì)，根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷Si原子的軌道雜化類型及空間構(gòu)型；
（3）原子軌道中電子處于全滿、全空或半滿最穩(wěn)定；N、O兩元素分別與Si形成的共價(jià)鍵中，元素的非金屬性越強(qiáng)，其形成的化合物中極性鍵的極性越強(qiáng)；等電子體中原子個(gè)數(shù)相等及價(jià)電子數(shù)相等；
（4）該晶胞是體心立方晶胞，該晶胞中Fe原子個(gè)數(shù)=1+8×$\frac{1}{8}$=2，其配合物是8，每個(gè)Fe原子的質(zhì)量=$\frac{M}{{N}_{A}}$，則該晶胞質(zhì)量就是兩個(gè)Fe原子質(zhì)量．

解答 解：B的基態(tài)原子的L層、R基態(tài)原子的M層均有2個(gè)單電子，則最外層電子數(shù)可能為4或6，B可能為C或O元素，R可能為Si或S元素，D是第Ⅷ族中原子序數(shù)最小的元素，應(yīng)為Fe，A元素基態(tài)原子第一電離能比B元素基態(tài)原子的第一電離能大，且A的原子序數(shù)小于B，則A是N元素、B是O元素，高純度R的單質(zhì)在現(xiàn)代信息技術(shù)與新能源開發(fā)中具有極為重要的地位，則R是Si元素，
（1）D是Fe元素，其原子核外有26個(gè)電子，根據(jù)構(gòu)造原理書寫基態(tài)D原子的電子排布式為[Ar]3d⁶4s²，
故答案為：[Ar]3d⁶4s²；
（2）SiO₂和C在高溫下發(fā)生置換反應(yīng)生成粗Si，粗硅和HCl在300℃條件下反應(yīng)生成SiHCl₃，SiHCl₃和過(guò)量氫氣在1000℃-1100℃條件下反應(yīng)生成純硅，
③的反應(yīng)為SiHCl₃和氫氣的反應(yīng)，生成Si和HCl，反應(yīng)方程式為SiHCl₃+H₂ $\frac{\underline{\;1000℃-1100℃\;}}{\;}$ Si+3HCl；
分子晶體熔沸點(diǎn)較低，該物質(zhì)熔沸點(diǎn)較低，為分子晶體，該分子中Si原子價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)是4且不孤電子對(duì)，根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷Si原子的軌道雜化類型及空間構(gòu)型分別為sp³、四面體形，
故答案為：SiHCl₃+H₂ $\frac{\underline{\;1000℃-1100℃\;}}{\;}$ Si+3HCl；分子晶體；sp³；四面體形；
（3）原子軌道中電子處于全滿、全空或半滿最穩(wěn)定，N原子的2p能級(jí)處于較穩(wěn)定的半充滿狀態(tài)，所以N原子比O原子第一電離能大；N、O兩元素分別與Si形成的共價(jià)鍵中，元素的非金屬性越強(qiáng)，其形成的化合物中極性鍵的極性越強(qiáng)，因?yàn)镺元素的非金屬性大于N，則極性O(shè)-Si鍵＞N-Si鍵；等電子體中原子個(gè)數(shù)相等及價(jià)電子數(shù)相等，N₃^-中含有3個(gè)原子、價(jià)電子數(shù)是16，與該離子互為等電子體的氮氧化物為N₂O，
故答案為：N原子的2p能級(jí)處于較穩(wěn)定的半充滿狀態(tài)；O-Si鍵；N₂O；
（4）該晶胞是體心立方晶胞，該晶胞中Fe原子個(gè)數(shù)=1+8×$\frac{1}{8}$=2，體心上的Fe原子被頂點(diǎn)上的8個(gè)原子包圍，所以其配合物是8，每個(gè)Fe原子的質(zhì)量=$\frac{M}{{N}_{A}}$g，則該晶胞質(zhì)量就是兩個(gè)Fe原子質(zhì)量=2×$\frac{M}{{N}_{A}}$g=2×$\frac{56}{{N}_{A}}$g=$\frac{112}{{N}_{A}}$g，
故答案為：$\frac{112}{{N}_{A}}$g．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，為高頻考點(diǎn)，涉及晶胞計(jì)算、等電子體判斷、原子結(jié)構(gòu)、微�？臻g構(gòu)型判斷等知識(shí)點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析判斷計(jì)算能力，注意（2）中SiHCl₃是四面體而不是正四面體結(jié)構(gòu)，應(yīng)為Si-H、Si-Cl不同導(dǎo)致的，為易錯(cuò)點(diǎn)．