Question

A、B、C為原子序數(shù)依次遞增的短周期元素，A元素原子的電子總數(shù)等于其基態(tài)電子層數(shù)，B元素原子的價(jià)電子結(jié)構(gòu)為nsⁿnpⁿ，C元素原子的第一電離能在同族元素中最大并且高于同周期左右相鄰的元素，但其單質(zhì)的熔點(diǎn)卻低于同周期左右相鄰元素的單質(zhì)，D的價(jià)電子結(jié)構(gòu)為3d⁶4s²，請(qǐng)回答：
（1）C與A形成的最簡(jiǎn)單分子是

 

分子（填“極性”或“非極性”），該分子與A⁺結(jié)合成新的離子時(shí)，所得微粒的鍵角∠A-C-A發(fā)生改變，其原因是

 

．
（2 ）在由A、B兩元素形成的一系列化合物中，若要求所有的原子都有可能在同一個(gè)平面中，則對(duì)B原子成鍵軌道的要求是

 

；
（3）一定條件下，元素B可形成多種同素異形體，它們有的屬原子晶體、有的屬分子晶體、有的屬混合型晶體，如圖1是其中某種晶體的一個(gè)晶胞，該晶胞中含有

 

個(gè)B原子．元素B不能形成最緊密堆積結(jié)構(gòu)的原子晶體，其原因是

 

．
（4）如圖2為晶體D的晶胞結(jié)構(gòu)，若D原子的半徑為r cm，N_A為阿伏加德羅常數(shù)的值，則晶體D的密度為

 

．

Answer 1

分析：A、B、C為原子序數(shù)依次遞增的短周期元素，A元素原子的電子總數(shù)等于其基態(tài)電子層數(shù)，則A為H元素；B元素原子的價(jià)電子結(jié)構(gòu)為nsⁿnpⁿ，s能級(jí)只能容納2個(gè)電子，則n=2，其價(jià)電子結(jié)構(gòu)為2s²2p²，則B為C元素；C元素原子的第一電離能在同族元素中最大并且高于同周期左右相鄰的元素，最高能級(jí)為全滿或半滿穩(wěn)定狀態(tài)，處于ⅡA或ⅤA族，其單質(zhì)的熔點(diǎn)卻低于同周期左右相鄰元素的單質(zhì)，只能處于第二周期ⅤA族，則C為N元素；D的價(jià)電子結(jié)構(gòu)為3d⁶4s²，則D為Fe元素，據(jù)此解答．

解答：解：A、B、C為原子序數(shù)依次遞增的短周期元素，A元素原子的電子總數(shù)等于其基態(tài)電子層數(shù)，則A為H元素；B元素原子的價(jià)電子結(jié)構(gòu)為nsⁿnpⁿ，s能級(jí)只能容納2個(gè)電子，則n=2，其價(jià)電子結(jié)構(gòu)為2s²2p²，則B為C元素；C元素原子的第一電離能在同族元素中最大并且高于同周期左右相鄰的元素，最高能級(jí)為全滿或半滿穩(wěn)定狀態(tài)，處于ⅡA或ⅤA族，其單質(zhì)的熔點(diǎn)卻低于同周期左右相鄰元素的單質(zhì)，只能處于第二周期ⅤA族，則C為N元素；D的價(jià)電子結(jié)構(gòu)為3d⁶4s²，則D為Fe元素，
（1）C與A形成的最簡(jiǎn)單分子為NH₃，為三角錐型，正負(fù)電荷重心不重合，屬于極性分子；NH₃與H⁺結(jié)合成新的離子NH₄⁺時(shí)，NH₃中有一對(duì)孤對(duì)電子，當(dāng)孤對(duì)電子與H⁺結(jié)合形成配位鍵形成NH₄⁺后，孤對(duì)電子成為成鍵電子，四個(gè)鍵等同，斥力也等同，成為正四面體，所以HNH鍵的鍵角就變?yōu)?09°28′，
故答案為：極性；NH₃中有一對(duì)孤對(duì)電子，當(dāng)孤對(duì)電子與H⁺結(jié)合形成配位鍵形成NH₄⁺后，孤對(duì)電子成為成鍵電子，四個(gè)鍵等同，斥力也等同，成為正四面體，所以HNH鍵的鍵角就變?yōu)?09°28′；
（2 ）在由H、C兩元素形成的一系列化合物為烴，若要求所有的原子都有可能在同一個(gè)平面中，為平面結(jié)構(gòu)或直線型結(jié)構(gòu)，則B原子不能有sp³雜化軌道，只能有sp和sp²雜化軌道，
故答案為：B原子不能有sp³雜化軌道，只能有sp和sp²雜化軌道；
（3）一定條件下，碳元素可形成多種同素異形體，它們有的屬原子晶體、有的屬分子晶體、有的屬混合型晶體，如圖1是其中某種晶體的一個(gè)晶胞，該晶胞中4個(gè)C原子位于晶胞內(nèi)部、6個(gè)C原子位于面心、8個(gè)C原子位于頂點(diǎn)上，故該晶胞中含有C原子數(shù)目=4+6×

1

2

+8×

1

8

=8；原子晶體是原子之間是以共價(jià)鍵結(jié)合的，共價(jià)鍵有飽和性和方向性，一個(gè)原子不能形成12條共價(jià)鍵，所以原子晶體不能形成配位數(shù)是12的最密堆積結(jié)構(gòu)，
故答案為：8；原子晶體是原子之間是以共價(jià)鍵結(jié)合的，共價(jià)鍵有飽和性和方向性，一個(gè)原子不能形成12條共價(jià)鍵，所以原子晶體不能形成配位數(shù)是12的最密堆積結(jié)構(gòu)；
（4）圖2為晶體Fe的晶胞結(jié)構(gòu)，為體心立方堆積，晶胞中Fe原子數(shù)目=1+8×

1

8

=2，晶胞質(zhì)量=

2×56

NA

g，若D原子的半徑為r cm，令棱長(zhǎng)為a cm，則3a²=（4r）²，解得a=

4 3

3

r，則晶胞體積為（

4 3

3

r cm）³=

64 3

9

r³ cm³，則該晶體的密度=

2×56 NA g

64 3 9 r3 cm3

=

21 3

4NAr3

g/cm³，
故答案為：

21 3

4NAr3

g/cm³．

點(diǎn)評(píng)：本題考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，涉及核外電子排布、分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、雜化理論、化學(xué)鍵、晶胞結(jié)構(gòu)與計(jì)算等，題目中涉及從理論分析結(jié)構(gòu)問題，既考查基礎(chǔ)知識(shí)運(yùn)用又考查學(xué)生的語言表達(dá)能力，（4）中運(yùn)用立體幾何知識(shí)計(jì)算晶胞的棱長(zhǎng)是關(guān)鍵，難度中等．