Question

A、B、C為原子序數依次遞增的短周期元素，A元素原子的電子總數等于其基態電子層數，B元素原子的價電子結構為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，但其單質的熔點卻低于同周期左右相鄰元素的單質，D的價電子結構為3d⁶4s²，請回答：
（1）C與A形成的最簡單分子是

 

分子（填“極性”或“非極性”），該分子與A⁺結合成新的離子時，所得微粒的鍵角∠A-C-A發生改變，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平面中，則對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晶胞，該晶胞中含有

 

個B原子．元素B不能形成最緊密堆積結構的原子晶體，其原因是

 

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

 

．

Answer 1

分析：A、B、C為原子序數依次遞增的短周期元素，A元素原子的電子總數等于其基態電子層數，則A為H元素；B元素原子的價電子結構為nsⁿnpⁿ，s能級只能容納2個電子，則n=2，其價電子結構為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，最高能級為全滿或半滿穩定狀態，處于ⅡA或ⅤA族，其單質的熔點卻低于同周期左右相鄰元素的單質，只能處于第二周期ⅤA族，則C為N元素；D的價電子結構為3d⁶4s²，則D為Fe元素，據此解答．

解答：解：A、B、C為原子序數依次遞增的短周期元素，A元素原子的電子總數等于其基態電子層數，則A為H元素；B元素原子的價電子結構為nsⁿnpⁿ，s能級只能容納2個電子，則n=2，其價電子結構為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，最高能級為全滿或半滿穩定狀態，處于ⅡA或ⅤA族，其單質的熔點卻低于同周期左右相鄰元素的單質，只能處于第二周期ⅤA族，則C為N元素；D的價電子結構為3d⁶4s²，則D為Fe元素，
（1）C與A形成的最簡單分子為NH₃，為三角錐型，正負電荷重心不重合，屬于極性分子；NH₃與H⁺結合成新的離子NH₄⁺時，NH₃中有一對孤對電子，當孤對電子與H⁺結合形成配位鍵形成NH₄⁺后，孤對電子成為成鍵電子，四個鍵等同，斥力也等同，成為正四面體，所以HNH鍵的鍵角就變為109°28′，
故答案為：極性；NH₃中有一對孤對電子，當孤對電子與H⁺結合形成配位鍵形成NH₄⁺后，孤對電子成為成鍵電子，四個鍵等同，斥力也等同，成為正四面體，所以HNH鍵的鍵角就變為109°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平面中，為平面結構或直線型結構，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晶胞，該晶胞中4個C原子位于晶胞內部、6個C原子位于面心、8個C原子位于頂點上，故該晶胞中含有C原子數目=4+6×

1

2

+8×

1

8

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

1

8

=2，晶胞質量=

2×56

NA

g，若D原子的半徑為r cm，令棱長為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．

點評：本題考查物質結構與性質，涉及核外電子排布、分子結構與性質、雜化理論、化學鍵、晶胞結構與計算等，題目中涉及從理論分析結構問題，既考查基礎知識運用又考查學生的語言表達能力，（4）中運用立體幾何知識計算晶胞的棱長是關鍵，難度中等．