Question

有A、B、C、D四種元素，其中A元素和B元素的原子都有1個(gè)未成對(duì)電子，A⁺ 比B^-少一個(gè)電子層，B原子得一個(gè)電子填入3p軌道后，3p軌道已充滿；C原子的p軌道中有3個(gè)未成對(duì)電子，其氣態(tài)氫化物在水中的溶解度在同族元素所形成的氫化物中最大；D的最高化合價(jià)和最低化合價(jià)的代數(shù)和為4，其最高價(jià)氧化物中含D的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%，且其核內(nèi)質(zhì)子數(shù)等子中子數(shù)．R是由A、D兩元素形成的離子化合物，其中A⁺與D^2-離子數(shù)之比為2：1．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）A元素形成的晶體內(nèi)晶胞類型應(yīng)屬于

 

（填寫(xiě)“六方”、“面心立方”或“體心立方”）堆積，空間利用率為

 

．
（2）C^3-的電子排布式為

 

，在CB₃分子中C元素原子的原子軌道發(fā)生的是雜化，CB₃分子的VSEPR模型為

 

．
（3）C的氫化物在水中的溶解度如何

 

，為什么具有這樣的溶解性

 

（4）D元素與同周期相鄰元素的第一電離能由大到小的關(guān)系是：

 

（用元素符號(hào)表示）；用一個(gè)化學(xué)方程式說(shuō)明B、D兩元素形成的單質(zhì)的氧化性強(qiáng)弱：

 

（5）如圖所示是R形成的晶體的晶胞，該晶胞與CaF₂晶胞結(jié)構(gòu)相似，設(shè)晶體密度是 ρg?cm^-3．試計(jì)算R晶體中A⁺和D^2-最短的距離

 

．（阿伏加德羅常數(shù)用N_A表示，只寫(xiě)出計(jì)算式，不用計(jì)算）

Answer 1

考點(diǎn)：晶胞的計(jì)算,原子核外電子排布,元素電離能、電負(fù)性的含義及應(yīng)用,原子軌道雜化方式及雜化類型判斷

專題：原子組成與結(jié)構(gòu)專題,化學(xué)鍵與晶體結(jié)構(gòu)

分析：B原子得一個(gè)電子填入3p軌道后，3p軌道已充滿，B為Cl元素；B^-離子為Cl^-離子，A⁺比B^-少一個(gè)電子層，A⁺為Na⁺離子；C原子的p軌道中有3個(gè)未成對(duì)電子，C原子的外圍電子排布為ns²np³，是第ⅤA族元素，其氣態(tài)氫化物在水中的溶解度在同族元素所形成的氫化物中最大，所以為N元素；D的最高化合價(jià)和最低化合價(jià)的代數(shù)和為4，為第ⅥA族元素，最高價(jià)氧化物中含D的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 40%，可推知D的相對(duì)原子質(zhì)量為32，其核內(nèi)質(zhì)子數(shù)等于中子數(shù)，所以質(zhì)子數(shù)為16，D為S元素，A⁺是Na⁺離子，D^2-離子是S^2-離子，R是由Na⁺離子與S^2-離子以2：1形成的離子化合物，R是硫化鈉．

解答： 解：B原子得一個(gè)電子填入3p軌道后，3p軌道已充滿，B為Cl元素；B^-離子為Cl^-離子，A⁺比B^-少一個(gè)電子層，A⁺為Na⁺離子；C原子的p軌道中有3個(gè)未成對(duì)電子，C原子的外圍電子排布為ns²np³，是第ⅤA族元素，其氣態(tài)氫化物在水中的溶解度在同族元素所形成的氫化物中最大，所以為N元素；D的最高化合價(jià)和最低化合價(jià)的代數(shù)和為4，為第ⅥA族元素，最高價(jià)氧化物中含D的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 40%，可推知D的相對(duì)原子質(zhì)量為32，其核內(nèi)質(zhì)子數(shù)等于中子數(shù)，所以質(zhì)子數(shù)為16，D為S元素，A⁺是Na⁺離子，R是由Na⁺離子與D^2-離子以2：1形成的離子化合物，D^2-離子是S^2-離子，R是硫化鈉．
（1）鈉元素屬于A₂密堆積式，該晶胞含有2個(gè)原子，所以Na元素形成的晶體內(nèi)晶胞類型應(yīng)屬于體心立方，其空間利用率為68%，
故答案為：體心立方；68%；
（2）N^3-核外有10個(gè)電子，根據(jù)構(gòu)造原理知，該離子基態(tài)核外電子排布式為：ls²2s²2p⁶，CB₃分子為NCl₃分子，N原子有一對(duì)孤對(duì)電子，與Cl原子成3個(gè)δ鍵，所以CB₃分子的VSEPR模型為四面體形，
故答案為：ls²2s²2p⁶；四面體形；
（3）C的氫化物是氨氣，一體積水能溶解700體積氨氣，氨氣分子和水分子之間可以形成氫鍵，且氨氣分子和水分子都是極性分子，根據(jù)相似相溶原理知，氨氣極易溶于水，
故答案為：1：700溶于水或極易溶于水；氨分子和水分子間可以形成氫鍵，且氨分子和水分子均為極性分子，相似相溶，氨分子和水分子還可以發(fā)生反應(yīng)，氨氣極易溶于水；
（4）同一周期元素中，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而呈增大趨勢(shì)，但第VA族元素第一電離能大于相鄰元素，所以P、S、Cl元素的第一電離能大小順序是：Cl＞P＞S；
同一周期元素中，元素的電負(fù)性隨著原子序數(shù)的增大而增大，一般來(lái)說(shuō)電負(fù)性越強(qiáng)，元素的非金屬性越強(qiáng)，對(duì)應(yīng)的單質(zhì)的氧化性越強(qiáng)，如在H₂S+Cl₂=2HCl+S↓反應(yīng)中，Cl₂的氧化性大于O₂的氧化性，
故答案為：Cl＞P＞S；H₂S+Cl₂=2HCl+S↓；
（5）該晶胞中鈉離子個(gè)數(shù)=8，氧離子個(gè)數(shù)=8×

1

8

+6×

1

2

=4，晶胞的體積=

78 NA ×4

ρ

cm3=

4×78

ρNA

cm3，晶胞的邊長(zhǎng)=

3	4×78 ρNA

cm，四個(gè)氧離子和一個(gè)鈉離子構(gòu)成正四面體，鈉離子位于正四面體的體心上，
四個(gè)氧原子位于正四面體的頂點(diǎn)上，鈉原子位于體心上，正四面體的棱長(zhǎng)=

2

2

3	4×78 ρNA

cm，
設(shè)氧離子和鈉離子的距離為x，
在正三角形BCD中，BE的長(zhǎng)=

3

2

2

2

3	4×78 ρNA

cm，BO和OE的長(zhǎng)之比為2：1，所以BO的長(zhǎng)=

2

3

3

2

2

2

3	4×78 ρNA

cm=

6

6

3	4×78 ρNA

cm，（AO的邊長(zhǎng)）²=（

2

2

3	4×78 ρNA

）²-（

6

6

3	4×78 ρNA

）²，x²=（

6

6

3	4×78 ρNA

）²+（AO的邊長(zhǎng)-x）²，所以x=

3

4

3	4×78 ρNA

cm，
故答案為：

3

4

3	4×78 ρNA

．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，涉及晶胞的計(jì)算、元素周期律、氫鍵等知識(shí)點(diǎn)，這些都是學(xué)習(xí)重點(diǎn)也是學(xué)習(xí)難點(diǎn)，同時(shí)考查學(xué)生的空間想象能力及數(shù)學(xué)應(yīng)用能力，結(jié)合正三角形的性質(zhì)分析解答，難度較大．