Question

A、B、C、D、E都是周期表中前四周期的元素。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，且最外層無成對電子，E為第四周期未成對電子數最多的元素。請回答下列問題：
（1）寫出E基態原子的電子排布式                  ；E在周期表中的位置是           ，其基態原子有       種能量不同的電子。
（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）已知A和C形成的化合物X中每個原子的最外層均為8電子穩定結構，則X的化學式為                   ，X是一種超硬物質，耐磨損、抗腐蝕能力強，推測X的晶體類型為              。
（4）B的單質與A的最高價含氧酸的稀溶液反應，能將A還原至最低價態，寫出該反應的化學方程式                                                                。
（5） 已知D晶體的粒子堆積方式為面心立方最密堆積，若該晶體中一個晶胞的邊長為a cm，則D晶體的密度為               g/cm³（寫出含a的表達式，用N_A表示阿伏加德羅常數的值）。若D的原子半徑為r ，則在D晶胞中用r表示出這種堆積模型的空間利用率為                。（列式表示，不需化簡）

Answer 1

（1）1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹            第4周期第ⅥB族       7   
（2） 能量最低原理         （3）Si₃N₄    原子晶體
（4）4Mg + 10HNO₃＝ 4Mg(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O
（5）256/a³N_A               4×r³/ (2r)³

試題分析：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，這說明A應該是氮元素。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，所以B是鎂元素。C元素原子的外圍電子層排布式為ns^n—1np^n—1，其中能＝2，則n＝3，所以C是硅元素。D原子M能層為全充滿狀態，且最外層無成對電子，這說明D是銅元素。E為第四周期未成對電子數最多的元素，所以E是鉻6元素。
（1）根據構造原理可知，鉻元素基態原子的電子排布式1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹ 。鉻的原子序數是24，位于周期表的第4周期第ⅥB族。由于同一能層中不同能級的能量也是不相同的，所以鉻也是元素基態原子有7種能量不同的電子。
（2）根據軌道表達式可知，同學所畫的電子排布圖違背了能量最低原理。
（3）A和C形成的化合物X中每個原子的最外層均為8電子穩定結構，由于Si位于第ⅣA族，氮元素位于第ⅤA族，則X的化學式Si₃N₄。根據X的物理性質可知形成的晶體是原子晶體。
（4）氮元素的最低價是－3價，所以其還原產物是硝酸銨，則反應的化學方程式是4Mg + 10HNO₃＝ 4Mg(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O。
（4）在立方體頂點的微粒為8個晶胞共有，在面心的為2個晶胞共有，則微粒數為：8×1/8 + 6×1/2 = 4。該晶體中一個晶胞的邊長為a cm，則，解得密度＝256/a³N_A。
根據晶胞結構可知，4r＝，解得a＝
則晶胞立方體的體積為
晶胞中4個金屬原子的體積為
所以此晶胞中原子空間占有率是4×r³/(2r)³
點評：該題是高考中的常見題型，屬于中等難度的試題。試題綜合性強，側重對學生能力的培養和解題方法的指導與訓練，旨在考查學生靈活運用基礎知識解決實際問題的能力，有利于培養學生的應試能力和邏輯推理能力。該題以“周期表中元素的推斷”為載體，考查學生對元素周期表的熟悉程度及其對表中各元素性質和相應原子結構的周期性遞變規律的認識和掌握程度�？疾榱藢W生對物質結構與性質關系以及運用元素周期律解決具體化學問題的能力。