Question

3．有A、B、C、D四種元素．已知A原子的p軌道中有3個未成對電子，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．B 的基態(tài)原子占據(jù)兩種形狀的原子軌道，且兩種形狀軌道中的電子總數(shù)均相同，B位于元素周期表的s區(qū)．C元素原子的外圍電子層排布式為ns^n-1np^n-1． D原子M能層為全充滿狀態(tài)，且核外的未成對電子只有一個．請回答下列問題：
（1）ACl₃分子中A的雜化類型為sp³．ACl₃分子的空間構型為三角錐形．

（2）某同學根據(jù)上述信息，推斷B的核外電子排布如圖1所示，該同學所畫的電子排布圖違背了能量最低原理．
（3）A、B、C三元素原子第一電離能由大到小的順序為N＞Si＞Mg（用元素符號表示）．C₆₀分子中每個原子只跟相鄰的3個原子形成共價鍵，且每個原子最外層都滿足8電子穩(wěn)定結構，則C₆₀分子中π鍵的數(shù)目為30．
（4）D的基態(tài)原子有7種能量不同的電子；D²⁺的價電子排布式為3d⁹；圖 2乙（填甲、乙或丙）表示的是D晶體中微粒的堆積方式．若該晶體中一個晶胞的邊長為a cm，則D晶體的密度為$\frac{4×64}{{a}^{3}•{N}_{A}}$g/cm³（寫出含a的表達式，用N_A表示阿伏加德羅常數(shù)的值）．若D的原子半徑為r，則D晶胞這種堆積模型的空間利用率為$\frac{4×\frac{4}{3}π{r}^{3}}{（2\sqrt{2}r）^{3}}$×100%．（用含r的式子表示，不需化簡）

Answer 1

分析 A、B、C、D四種元素．已知A原子的p軌道中有3個未成對電子，外圍電子排布為ns²np³，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，應與水分子之間形成氫鍵，可推知A為N元素；B 的基態(tài)原子占據(jù)兩種形狀的原子軌道，且兩種形狀軌道中的電子總數(shù)均相同，位于元素周期表的s區(qū)，原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²，則B為Mg元素；C元素原子的外圍電子層排布式為ns^n-1np^n-1，s能級只能容納2個電子，故n=3，則C為Si元素； D原子M能層為全充滿狀態(tài)，且核外的未成對電子只有一個，則原子核外電子數(shù)為2+8+18+1=29，故D為Cu，據(jù)此解答．

解答 解：A、B、C、D四種元素．已知A原子的p軌道中有3個未成對電子，外圍電子排布為ns²np³，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，應與水分子之間形成氫鍵，可推知A為N元素；B 的基態(tài)原子占據(jù)兩種形狀的原子軌道，且兩種形狀軌道中的電子總數(shù)均相同，位于元素周期表的s區(qū)，原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²，則B為Mg元素；C元素原子的外圍電子層排布式為ns^n-1np^n-1，s能級只能容納2個電子，故n=3，則C為Si元素； D原子M能層為全充滿狀態(tài)，且核外的未成對電子只有一個，則原子核外電子數(shù)為2+8+18+1=29，故D為Cu，
（1）NCl₃分子中N原子含有孤電子對=$\frac{5-1×3}{2}$=1，價層電子對數(shù)=3+1=4，則N原子采取sp³雜化，為三角錐形結構，
故答案為：sp³；三角錐形；
（2）3p能級能量高于3s能級，應填充滿3s能級再填充3p能級，違背能量最低原理，
故答案為：能量最低原理；
（3）非金屬性越強，第一電離能越大，故第一電離能N＞Si＞Mg，C₆₀分子中每個原子只跟相鄰的3個原子形成共價鍵，且每個原子最外層都滿足8電子穩(wěn)定結構，則每個C形成的這3個鍵中，必然有1個雙鍵，這樣每個C原子最外層才滿足8電子穩(wěn)定結構，雙鍵數(shù)應該是C原子數(shù)的一半，而每個雙鍵有1個π鍵，顯然π鍵數(shù)目為30，
故答案為：N＞Si＞Mg；30；
（4）Cu的基態(tài)原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s能級能量不同，有7種能量不同的電子；Cu²⁺的價電子排布式為3d⁹；
Cu為面心立方最密堆積，是ABC型方式堆積，故為圖乙結構；晶胞中Cu原子數(shù)目=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，晶胞質(zhì)量=4×$\frac{64}{{N}_{A}}$g，該晶體中一個晶胞的邊長為a cm，則晶胞體積=（a cm）³=a³ cm³，則Cu晶體的密度=（4×$\frac{64}{{N}_{A}}$g）÷a³ cm³=$\frac{4×64}{{a}^{3}•{N}_{A}}$g/cm³，
若Cu的原子半徑為r，則晶胞棱長=4r×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=2$\sqrt{2}$r，則晶胞體積=（2$\sqrt{2}$r）³，晶胞中Cu原子總體積=4×$\frac{4}{3}$πr³，則Cu晶胞這種堆積模型的空間利用率為$\frac{4×\frac{4}{3}π{r}^{3}}{（2\sqrt{2}r）^{3}}$×100%，
故答案為：7；3d⁹；乙；$\frac{4×64}{{a}^{3}•{N}_{A}}$g/cm³；$\frac{4×\frac{4}{3}π{r}^{3}}{（2\sqrt{2}r）^{3}}$×100%．

點評 本題是對物質(zhì)結構的考查，題目綜合性較大，涉及分子結構、雜化軌道、核外電子排布、電離能、晶胞計算等，是對學生綜合能力的考查，（4）中晶胞空間利用率計算是難點、易錯點，關鍵理解原子半徑與晶胞棱長關系，掌握均攤法進行晶胞有關計算．