Question

3．前四周期A、B、C、D、E、F、G原子序數依次增大，A元素的質子數和質量數相等，B元素具有三個能級且所排電子數相同，D元素2p能級上電子數是2s能級的兩倍；D和E相鄰且同主族．F是第四周期未成對電子最多的原子，G是目前使用量最多的金屬．
請回答下列問題：（用推出的元素符號或者化學式作答）
（1）F的價電子排布式為3d⁵4s¹，B、C、D三種元素的第一電離能從大到小的順序為N＞O＞C，D和E電負性較大的是O＞S．
（2）BD₃^2-中B原子的雜化方式為sp²，該離子的空間構型為平面正三角形，鍵角為120°°．
（3）寫出一種由A、C、D組成且既含離子鍵又含共價鍵的物質的化學式NH₄NO₃，化合物ABC中σ鍵和π鍵數目之比為1：1，C的氣態(tài)氫化物在一定的壓強下，測得的密度比該壓強下理論密度略大，請解釋原因NH₃通過氫鍵形成“締合”分子，導致相對分子質量增大，分子間作用力增強，分子間距離減小，導致密度反常增大．
（4）B和C的最高價含氧酸的酸性較強的是HNO₃，過量的G與C的最高價含氧酸稀溶液反應的離子方程式為3Fe+8H⁺+2NO₃^-=3Fe²⁺+2NO↑+4H₂O．
（5）E和G形成的某種晶胞如圖所示：其中白球表示E，黑球表示G．則該物質的化學式為FeS，假設該晶胞的密度為ρ g/cm³，用N_A表示阿伏加德羅常數，則該晶胞中距離最近的G原子之間的距離為$\frac{\sqrt{2}}{2}$×$\root{3}{\frac{352}{{N}_{A}ρ}}$cm．

Answer 1

分析 根據“A元素的質子數和質量數相等”推知A為H（氫）；根據“B元素具有三個能級且所排電子數相同”推知B為C（碳）；根據“D元素2p能級上電子數是2s能級的兩倍”推知D為O（氧）；根據“B、C、D原子序數依次增大”推知C為N（氮）；根據“D和E相鄰且同主族”推知E為S（硫）；第四周期中Cr元素的未成對電子高達6個最多，故F為Cr（鉻）；根據“G是目前使用量最多的金屬”推知G為Fe（鐵）．
（1）Cr的價電子排布式是保證3d能級和4s能級都處于半充滿狀態(tài)，更加穩(wěn)定；
第一電離能同一周期從左到右呈增大趨勢，Ⅱ_A族、Ⅴ族反常；電負性同一主族自上而下逐漸降低；
（2）計算CO₃^2-中碳原子孤電子對數、價層電子對數，確定碳原子雜化方式、微粒的空間構型，進而確定鍵角；
（3）銨鹽屬于離子化合物存在離子鍵也存在共價鍵；HCN分子中存在兩條σ鍵和2條π鍵；NH₃通過氫鍵形成“締合”分子；
（4）非羥基氧數目越多，酸性越強；過量Fe與稀硝酸反應，F(xiàn)e被氧化成+2價鐵，稀硝酸被還原成NO，用H⁺保證電荷守恒，用H₂O保證H和O的守恒；
（5）根據均攤法計算晶胞中Fe、S原子數目，約成最簡整數比既得化學式；計算晶胞質量，根據密度×體積=質量的公式，假設該晶胞的邊長為a，代入數據得a，二者距離最近的S原子之間距離為晶胞邊長的$\frac{\sqrt{2}}{2}$．

解答 解：根據“A元素的質子數和質量數相等”推知A為H（氫）；根據“B元素具有三個能級且所排電子數相同”推知B為C（碳）；根據“D元素2p能級上電子數是2s能級的兩倍”推知D為O（氧）；根據“B、C、D原子序數依次增大”推知C為N（氮）；根據“D和E相鄰且同主族”推知E為S（硫）；第四周期中Cr元素的未成對電子高達6個最多，故F為Cr（鉻）；根據“G是目前使用量最多的金屬”推知G為Fe（鐵）．
（1）Cr的價電子排布式是保證3d能級和4s能級都處于半充滿狀態(tài)，更加穩(wěn)定，故Cr的價電子排布為3d⁵4s¹；
第一電離能同一周期從左到右呈增大趨勢，Ⅱ_A族、Ⅴ族反常，故的原動力N＞O＞C；
電負性同一主族自上而下逐漸降低，故電負性O＞S，
故答案為：3d⁵4s¹；N＞O＞C；O＞S；
（2）CO₃^2-中C原子孤電子對數=$\frac{4+2-2×3}{2}$=0，價層電子對數=3+0=3，故碳原子雜化方式為sp²雜化，空間構型為平面正三角形，鍵角為120°，
故答案為：sp²；平面正三角形；120°；
（3）銨鹽屬于離子化合物存在離子鍵也存在共價鍵，三種元素形成的銨鹽可以是NH₄NO₃或者NH₄NO₂；
HCN中存在兩條σ鍵和2條π鍵，二者之比為1：1；
NH₃通過氫鍵形成“締合”分子，導致相對分子質量增大，分子間作用力增強，分子間距離減小，導致密度反常增大，
故答案為：NH₄NO₃；1：1；NH₃通過氫鍵形成“締合”分子，導致相對分子質量增大，分子間作用力增強，分子間距離減小，導致密度反常增大；
（4）HNO₃含有兩個非羥基O，H₂CO₃存在一個非羥基O，故HNO₃酸性更強．過量Fe與稀硝酸反應，F(xiàn)e被氧化成+2價鐵，稀硝酸被還原成NO，反應離子方程式為：3Fe+8H⁺+2NO₃^-=3Fe²⁺+2NO↑+4H₂O，
故答案為：HNO₃；3Fe+8H⁺+2NO₃^-=3Fe²⁺+2NO↑+4H₂O；
（5）黑球鐵處于晶胞晶胞，晶胞中含有4個Fe原子，白球S處于頂點和面心，晶胞中含有S原子數目為6×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{8}$=4，約成最簡整數比既得化學式為FeS，
晶胞質量為4×$\frac{56+32}{{N}_{A}}$g，假設該晶胞的邊長為a cm，則（a cm）³×ρ g/cm³=4×$\frac{56+32}{{N}_{A}}$g，則a=$\root{3}{\frac{352}{{N}_{A}ρ}}$，距離最近的S原子之間距離為晶胞邊長的$\frac{\sqrt{2}}{2}$，故S原子之間距離為$\frac{\sqrt{2}}{2}$×$\root{3}{\frac{352}{{N}_{A}ρ}}$cm，
故答案為：FeS；$\frac{\sqrt{2}}{2}$×$\root{3}{\frac{352}{{N}_{A}ρ}}$．

點評 本題是對物質結構與性質的考查，涉及核外電子排布、電離能、電負性、分子結構與性質、氫鍵、晶胞計算等，是對物質結構主干知識的綜合考查，注意同周期第一電離能異常情況，（5）中計算為易錯點、難點，需要學生具備一定的數學計算能力．