Question

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 的基態原子占據兩種形狀的原子軌道，且兩種形狀軌道中的電子總數均相同，B位于元素周期表的s區。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，且最外層電子只有一個。請回答下列問題：
（1）ACl₃分子中A的雜化類型為        。ACl₃分子的空間構型為         。
（2）某同學根據上述信息，推斷B的核外電子排布如右圖所示，

該同學所畫的電子排布圖違背了         。
（3）A、B、C三元素原子第一電離能由大到小的順序為               （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電子穩定結構，則C₆₀分子中π鍵的數目為      。
（4）D的基態原子有    種能量不同的電子；D²⁺ 的價電子排布式為        。已知D晶體中微粒的堆積方式為面心立方堆積，晶體中一個晶胞的邊長為a cm，則D晶體的密度為              （寫出含a的表達式，用N_A表示阿伏加德羅常數的值）。

Answer 1

（1）sp³雜化（2分）   三角錐型（2分）
（2）能量最低原理（2分）
（3）N   Si   Mg （2分）    30（2分）
(4)  7 （1分） 3d⁹（1分） g/cm³（3分）

試題分析：A原子的p軌道中有3個未成對電子，則其電子排布為ns²np³，位于周期表第VA族，因其氣態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，故A必為N；B的基態原子占據兩種形狀的原子軌道，且兩種形狀軌道中的電子總數均相同，則有兩種可能，即1s²2s²2p⁴（O）或1s²2s²2p⁶3s²（Mg），O位于p區而Mg位于s區，故B為Mg；因s軌道只能容納兩個電子，且電子排布時先排s軌道再排p軌道，故n=2，C的外圍電子排布為3s²3p²，C為Si；D原子M能層為全充滿狀態，且最外層電子只有一個則其核外電子排布為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，故D為29號元素Cu。
（1）ACl₃分子為NCl₃，由中心原子雜化類型判斷方法，該分子價電子對為(5+3)/2=4，故中心原子為sp³雜化；因N有一個孤電子對，故分子構型為三角錐形。該分子可仿照NH₃進行判斷。
（2）該同學的錯誤在于3p軌道上的電子應排在3s軌道上。電子總是先排能量低的軌道再排能量高的軌道，這是依據能量最低原理。
（3）元素第一電離能，同主族由上向下逐漸減小，故第一電離能：N>P；同周期由左向右逐漸增大，但第二、第五主族元素大于同周期第三、第六主族元素第一電離能，故第一電離能：P>Si>Mg，綜合可知，第一電離能由大到小順序為N>Si>Mg。C最外層有4個電子，其中3個與相鄰原子形成3個共價鍵；因每個原子最外層滿足8個電子穩定結構，所以每2個C各提供一個電子形成一個電子對，形成π鍵，故π鍵總數為60÷2=30個。
（4）Cu的核外電子排布為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，所以有7種能量不同的電子；Cu2+是Cu失去4s和3d軌道上各一個電子，共2個電子，所以價電子排布為3d⁹。面心立方的晶胞模型如下：

因此，每個晶胞中含有的原子數為4，則該晶體的密度為：=g/cm³。