Question

1．已知A、B、C、D、E、F、G、H、I為元素周期表中原子序數依次增大的前四周期元素，A原子的最外層中p軌道上的電子數等于前一電子層電子總數；A、B、C、D；E、F與G分別位于同一周期．C原子L層上有2對成電子，D、E、F的核外電子排布相同的簡單離子可形成一種E₃FD₆型離子晶體X，EG、HC為電子數相同的離子晶體．I原子M層為全充滿狀態(tài)，且核外的未成對電子只有一個．請根據以上情況，回答下列問題：（答題時，用對應的元素符號表示）
（1）科學家通過X射線探明，MgO的晶體結構與NaCl的晶體結構相似，MgO晶體中一個Mg²⁺周圍和它最鄰近且距離相等的Mg²⁺有12個，和它最鄰近且距離相等的O^2-有6個．MgO的熔點＞NaCl的熔點（填“＞”“＜”“﹦”），原因MgO和NaCl為離子晶體，MgO晶體中Mg²⁺、O^2- 的所帶電荷大于NaCl晶體中Na⁺、Cl^-的所帶電荷，Mg²⁺、O^2- 的半徑小于NaCl晶體中Na⁺、Cl^-的半徑，MgO晶格能大，所以MgO的熔點比NaCl的高．
（2）寫出X的化學式Na₃AlF₆
（3）寫出X涉及化工生產中的一個化學方程式2Al₂O₃（融熔）$\frac{\underline{\;\;\;電解\;\;\;}}{冰晶石}$2Al+3 O₂↑．
（4）試解釋工業(yè)冶煉F不以FG₃而是以F₂C₃為原料的原因：Al₂O₃為離子化合物，而AlCl₃為共價化合物，共價化合物在熔融狀態(tài)下不能電離出自由移動的離子，所以用Al₂O₃為原料而不是用AlCl₃．
（5）H與D可形成離子化合物，其晶胞結構如圖所示：
H與D形成離子化合物的化學式為CaF₂；該離子化合物晶體的密度為a g/cm³，則晶胞的體積是$\frac{4×78g/mol}{ag/c{m}^{3}×{N}_{A}mo{l}^{-1}}$（只要求列出算式）．

Answer 1

分析 A原子的最外層中p軌道上的電子數等于前一電子層電子總數，原子只能有2個電子層，最外層電子數為4，則A為碳元素，C原子L層上有2對成對電子，核外電子排布為1s²s²2p⁴，則C為氧元素；A、B、C、D原子序數依次增大，且同周期，所以B為氮元素，則D為氟元素；
D、E、F的簡單離子核外電子排布相同，核外電子數為10，則E、F處于第三周期，三者可形成一種E₃FD₆型離子晶體X，可知E為+1價、F為+3價，故E為Na、F為Al；E、F與G分別位于同一周期，EG、HC為電子數相同的離子晶體，則G表現-1價、H表現+2價，可推知G為Cl、H為Mg；I原子M層為全充滿狀態(tài)，且核外的未成對電子只有一個，原子核外電子數為2+8+18+1=29，故I為Cu，據此解答．

解答 解：原子的最外層中p軌道上的電子數等于前一電子層電子總數，原子只能有2個電子層，最外層電子數為4，則A為碳元素，C原子L層上有2對成對電子，核外電子排布為1s²s²2p⁴，則C為氧元素；A、B、C、D原子序數依次增大，且同周期，所以B為氮元素，則D為氟元素；
D、E、F的簡單離子核外電子排布相同，核外電子數為10，則E、F處于第三周期，三者可形成一種E₃FD₆型離子晶體X，可知E為+1價、F為+3價，故E為Na、F為Al；E、F與G分別位于同一周期，EG、HC為電子數相同的離子晶體，則G表現-1價、H表現+2價，可推知G為Cl、H為Mg；I原子M層為全充滿狀態(tài)，且核外的未成對電子只有一個，原子核外電子數為2+8+18+1=29，故I為Cu．
（1）科學家通過X射線探明，MgO的晶體結構與NaCl的晶體結構相似，晶胞結構為，以頂點為Mg²⁺離子研究，與之最近的Mg²⁺離子位于面心，每個頂點為12個面共用，故MgO晶體中一個Mg²⁺周圍和它最鄰近且距離相等的Mg²⁺有12個，與之最鄰近且距離相等的O^2-位于棱中間，且關于Mg²⁺對稱，與Mg²⁺最鄰近且距離相等的O^2-離子有6個；
MgO和NaCl為離子晶體，MgO晶體中Mg²⁺、O^2- 的所帶電荷大于NaCl晶體中Na⁺、Cl^-的所帶電荷，Mg²⁺、O^2- 的半徑小于NaCl晶體中Na⁺、Cl^-的半徑，MgO晶格能大，所以MgO的熔點比NaCl的高，
故答案為：12；6；＞；MgO和NaCl為離子晶體，MgO晶體中Mg²⁺、O^2- 的所帶電荷大于NaCl晶體中Na⁺、Cl^-的所帶電荷，Mg²⁺、O^2- 的半徑小于NaCl晶體中Na⁺、Cl^-的半徑，MgO晶格能大，所以MgO的熔點比NaCl的高；
（2）由上述分析可知，X的化學式為Na₃AlF₆，故答案為：Na₃AlF₆；
（3）Na₃AlF₆常用由于工業(yè)冶煉鋁，反應方程式為：2Al₂O₃（融熔）$\frac{\underline{\;\;\;電解\;\;\;}}{冰晶石}$2Al+3 O₂↑，故答案為：2Al₂O₃（融熔）$\frac{\underline{\;\;\;電解\;\;\;}}{冰晶石}$2Al+3 O₂↑；
（4）Al₂O₃為離子化合物，而AlCl₃為共價化合物，共價化合物在熔融狀態(tài)下不能電離出自由移動的離子，所以用Al₂O₃為原料而不是用AlCl₃，
故答案為：Al₂O₃為離子化合物，而AlCl₃為共價化合物，共價化合物在熔融狀態(tài)下不能電離出自由移動的離子，所以用Al₂O₃為原料而不是用AlCl₃；
（5）晶胞中Ca原子數目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，F原子數目為8，故該離子化合物化學式為CaF₂，晶胞質量為4×$\frac{78g/mol}{{N}_{A}mo{l}^{-1}}$，該離子化合物晶體的密度為a g/cm³，則晶胞的體積V=$\frac{4×78g/mol}{ag/c{m}^{3}×{N}_{A}mo{l}^{-1}}$，

故答案為：CaF₂；$\frac{4×78g/mol}{ag/c{m}^{3}×{N}_{A}mo{l}^{-1}}$．

點評 本題是對物質結構的考查，涉及核外電子排布、晶體類型與性質、晶胞結構及計算等，側重考查晶胞結構與計算，注意熟記中學常見的晶胞結構，難度中等．