Question

4．短周期元素A、B、C、D，A元素的原子最外层电子排布式为ms¹，B元素的原子价电子排布式为ns²np²，C元素位于第二周期且原子中p能级与所有s能级电子总数相等，D元素原子的L层能级中有3个未成对电子．
（1）C元素原子基态时的价电子排布式为2s²2p⁴，若A元素为非金属元素，A与C形成的化合物中的共价键属于σ键（填“σ”或“π”）．
（2）当n=2时，B的最简单气态氢化物的电子式为，BC₂属于非极性分子（填”极性“或”非极性“）；当n=3时，B与C形成的晶体属于原子晶体．
（3）若A元素的原子最外层电子排布为2s¹，B元素的原子价电子排布为3s²3p²，A、B、C、D四种元素的第一电离能由大到小的顺序是N＞O＞Si＞Li（用元素符号表示）．
（4）如图为C元素与钛、钙元素形成的某晶体结构中的最小重复单元．该晶体中每个钛原子周围与它最近且距离相等的钙离子有8个，该晶体的化学式为CaTiO₃．

Answer 1

分析 短周期元素A、B、C、D，A元素的原子最外层电子排布式为ms¹，则A位于ⅠA族，B元素的原子价电子排布为ns²np²，B位于ⅣA族，C元素位于第二周期且原子中p亚层与s亚层电子总数相等，其原子电子排布式为1s²2s²2p⁴，故C为氧元素；D元素原子的L电子层的p亚层中有3个电子，则D元素原子电子排布式为1s²2s²2p³，故D为N元素，
（1）氧原子核外电子数为8，根据核外电子排布规律书写；
A元素的原子最外层电子排布为ms¹，A位于ⅠA族，若A为非金属元素，则A为氢元素，与氧元素形成的化合物为水等，共价键为1s电子与2p电子成键；
（2）当n=2时，B为碳元素，其简单氢化物为CH₄；根据C原子所成σ键数目，确定杂化方式；CO₂为直线型结构，分子中正负电荷中心重合；
当n=3时，B为Si元素，与氧元素形成的化合物为二氧化硅，属于原子晶体；
（3）若A元素的原子最外层电子排布为2s¹，则A为Li元素，B元素的原子价电子排布为3s²3p²，则B为Si元素，同周期自左而右第一电离能呈增大趋势，但N元素原子2p能级容纳3个电子，为半满稳定状态，第一电离能高于O元素，非金属性越强第一电离能越大；
（4）以顶点Ti原子进行研究，该晶体中每个钛原子周围与它最近且距离相等的钙离子位于面心，而每个顶点为8个晶胞共用；根据均摊法计算晶胞中Ca、Ti、O原子数目，进而确定化学式．

解答 解：短周期元素A、B、C、D，A元素的原子最外层电子排布式为ms¹，则A位于ⅠA族，B元素的原子价电子排布为ns²np²，B位于ⅣA族，C元素位于第二周期且原子中p亚层与s亚层电子总数相等，其原子电子排布式为1s²2s²2p⁴，故C为氧元素；D元素原子的L电子层的p亚层中有3个电子，则D元素原子电子排布式为1s²2s²2p³，故D为N元素，
（1）C为氧元素，氧原子核外电子数为8，价电子排布为2s²2p⁴；
A元素的原子最外层电子排布为ms¹，A位于ⅠA族，若A为非金属元素，则A为氢元素，与氧元素形成的化合物为水等，共价键为1s电子与2p电子成键，属于σ键，
故答案为：2s²2p⁴；σ；
（2）当n=2时，B为碳元素，其简单氢化物为CH₄，为正四面体结构，电子式为；C原子成4个σ键、没有孤对电子，故C原子采取sp³杂化方式；CO₂为直线型结构，分子中正负电荷中心重合，属于非极性分子；
当n=3时，B为Si元素，与氧元素形成的化合物为二氧化硅，属于原子晶体；
故答案为：；非极性；原子；
（3）若A元素的原子最外层电子排布为2s¹，则A为Li元素，B元素的原子价电子排布为3s²3p²，则B为Si元素，同周期自左而右第一电离能呈增大趋势，N元素原子2p能级容纳3个电子，为半满稳定状态，第一电离能高于O元素，非金属性越强第一电离能越大，故第一电离能N＞O＞Si＞Li，
故答案为：N＞O＞Si＞Li；
（4）以顶点Ti原子进行研究，该晶体中每个钛原子周围与它最近且距离相等的钙离子位于面心，每个顶点为8个晶胞共用，故与Ti原子最近且距离相等的钙离子有8个，晶胞中Ca原子数目=1、Ti原子数目=8×$\frac{1}{8}$=1、O原子数目=12×$\frac{1}{3}$=4，该晶体的化学式为 CaTiO₃，
故答案为：8；CaTiO₃．

点评 本题考查结构性质位置关系、核外电子排布、分子结构与性质、杂化轨道、电离能、晶胞计算等，难度中等，注意基础知识的理解掌握．