Question

12．已知A、B、C、D、E、F为周期表前四周期原子序数依次增大的六种元素．其中A是元素周期表中原子半径最小的元素，B原子最外层电子数是内层电子数的2倍．D、E为同主族元素，且E的原子序数是D的2倍．F元素在地壳中含量位于金属元素的第二位．回答下列问题：
（1）F元素价层电子排布式为3d⁶4s²．
（2）关于B₂A₂的下列说法中正确的是CD
A．B₂A₂ 中的所有原子都满足8电子结构
B．每个B₂A₂分子中 σ键和π键数目比为1：1
C．B₂A₂ 是由极性键和非极性键形成的非极性分子
D．B₂A₂分子中的A-B键属于s-spσ键
（3）B和D形成的一种三原子分子与C和D形成的一种化合物互为等电子体，则满足上述条件的B和D形成的化合物的结构式为O=C=O
（4）C元素原子的第一电离能比B、D两元素原子的第一电离能都高的主要原因是N元素原子2p能级有3个电子，为半满稳定状态，能量较低，较稳定
（5）D的氢化物比E的氢化物沸点高，其主要原因是H₂O分子间存在氢键较H₂S分子间的范德华力强；E的氢化物的价层电子对互斥模型为四面体形，E原子的杂化方式为sp³．
（6）F单质的晶体在不同温度下有两种堆积方式，即面心立方堆积和体心立方堆积，其晶胞的棱边长分别为a cm、b cm，则F单质的这两种晶体密度之比为2b³：a³，F原子的配位数之比为3：2．

Answer 1

分析 A、B、C、D、E、F为周期表前四周期原子序数依次增大的六种元素．其中A是元素周期表中原子半径最小的元素，A为氢元素，B原子最外层电子数是内层电子数的2倍，B有2个电子层，最外层电子数为4，故B为碳元素，D、E为同主族元素，且E的原子序数为D的2倍，D为氧元素，E为硫元素，故C为氮元素，F元素在地壳中含量位于金属元素的第二位，F为Fe元素．
（1）根据核外电子排布规律书写Fe元素价层电子排布式；
（2）B₂A₂为C₂H₂，分子中H原子不满足8电子结构，含有2个C-H键、1个C≡C三键，单键为σ键，三键中含有1个σ键、2个π键．C-H为极性键，C≡C三键是非极性键，为对称结构，属于非极性分子．分子中C原子采取sp杂化，故C-H键为s-sp σ键；
（3）B和D形成的一种三原子分子与C和D形成的一种化合物互为等电子体，则为CO₂与N₂O；
（4）N元素原子2p能级有3个电子，为半满稳定状态，能量较低；
（5）D、E的氢化物分别为H₂O、H₂S，水分子之间形成氢键，沸点高于硫化氢的，H₂S分子中S原子成2个S-H键，含有2对孤电子对，价层电子对为4；
（6）晶胞的体积V=r³（r为棱长），计算晶胞中含有Fe原子数目，结合Vρ=N×$\frac{56}{{N}_{A}}$计算密度之比（N代表晶胞中Fe原子数目）；
面心立方晶胞中，以顶点的Fe分析，与之最近的Fe原子位于面心上，每个Fe原子周围有12个Fe原子，体心立方晶胞中以体心的Fe分析，与之最近的Fe原子处于顶点上，每个Fe原子周围有8个Fe原子．

解答 解：已知A、B、C、D、E、F为周期表前四周期原子序数依次增大的六种元素．其中A是元素周期表中原子半径最小的元素，A为氢元素，B原子最外层电子数是内层电子数的2倍，B有2个电子层，最外层电子数为4，故B为碳元素，D、E为同主族元素，且E的原子序数为D的2倍，D为氧元素，E为硫元素，故C为氮元素，F元素在地壳中含量位于金属元素的第二位，F为Fe元素．
（1）Fe元素是26号元素，价层电子排布式为3d⁶4s²，故答案为：3d⁶4s²；
（2）B₂A₂为C₂H₂，
A．分子中H原子不满足8电子结构，故A错误；
B．含有2个C-H键、1个C≡C三键，单键为σ键，三键中含有1个σ键、2个π键，σ键与π键之比为3：2，故B错误；
C．C-H为极性键，C≡C三键是非极性键，为对称结构，属于非极性分子，故C正确；
D．分子中C原子采取sp杂化，故C-H键为s-spσ键，故D正确；
故答案为：CD；
（3）B和D形成的一种三原子分子与C和D形成的一种化合物互为等电子体，则为CO₂与N₂O，CO₂的结构式为O=C=O，
故答案为：O=C=O；
（4）N元素原子2p能级有3个电子，为半满稳定状态，能量较低，较稳定，失去第一的电子需要的能量比C、O多，
故答案为：N元素原子2p能级有3个电子，为半满稳定状态，能量较低，较稳定；
（5）D、E的氢化物分别为H₂O、H₂S，水分子之间形成氢键，硫化氢分子之间为范德华力，氢键比范德华力更强，故水的沸点高于硫化氢的，H₂S分子中S原子成2个S-H键，含有2对孤电子对，价层电子对为4，价层电子对互斥模型为四面体形，S原子的杂化方式为sp³，
故答案为：H₂O分子间存在氢键较H₂S分子间的范德华力强；四面体形；sp³；
（6）面心立方晶胞边长为acm，体积V=a³，含有Fe原子数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，故a³ρ（面心）=4×$\frac{56}{{N}_{A}}$，
体心立方晶胞边长为bcm，体积V=b³，含有Fe原子数目为8×$\frac{1}{8}$+1=2，故b³ρ（体心）=2×$\frac{56}{{N}_{A}}$，故ρ（面心）：ρ（体心）=2b³：a³．
面心立方晶胞中每个Fe原子周围有12个Fe原子，体心立方晶胞中每个Fe原子周围有8个Fe原子，故Fe原子配位数之比为12：8=3：2，
故答案为：2b³：a³；3：2．

点评 本题目综合性较大，涉及核外电子排布规律、化学键、分子极性与空间结构、电离能、价层电子对互斥理论、杂化轨道理论、电子式、晶胞计算，是对物质结构的综合考查，难度中等，需要对知识全面掌握理解．