Question

[化學——選修3：物質結構與性質]（15分）
已知元素A、B、C、D、E、F均屬前四周期且原子序數依次增大, 其中A含有3個能級，且每個能級所含的電子數相同，C的基態原子2p軌道有2個未成對電子；C與D形成的化合物中C顯正化合價；E的M層電子數是N層電子數的4倍，F除最外層原子軌道處于半充滿狀態，其余能層均充滿電子，請回答下列問題：
（1）元素A、B、C的第一電離能由小到大的是_______（用元素符號表示)。
（2）F原子的外圍電子排布式為_______，F的晶體中原子的堆積方式是下圖中的_______(填寫“甲”、“乙”或“丙”)。

（3）B與C形成的四原子陰離子的立體構型為      ，其中B原子的雜化類型是       。
（4）任寫一種與AB^－離子互為等電子體的離子       。
（5）F(OH)₂難溶于水，易溶于氨水，寫出其溶于氨水的離子方程式                    。
（6）D和E形成的化合物的晶胞結構如圖,其化學式為          ，

已知晶體的密度為g·cm^－3，阿伏加德羅常數為N_A，
則晶胞邊長a=          cm。（用、N_A的計算式表示)
（7）A、B、C三種元素和氫元素形成的氰酸有兩種結構，一種分子  
內含有叁鍵，稱為氰酸，另一種分子內不含叁鍵，稱為異氰酸，   
且兩種結構中所有原子最外層均已達到穩定結構，分子中也不含環狀結構。請分別寫
出氰酸和異氰酸的結構式：_______________、______________。

Answer 1

（1）C O N（1分）
（2）3d¹⁰4s¹ （1分） 丙（1分）
（3）平面三角形（1分），sp²（1分）
（4）C₂^2- 或O₂²⁺（2分） 
（5）Cu(OH)₂+4NH₃·H₂O = Cu(NH₃)₄²⁺ + 2OH^- + 4H₂O[或Cu(OH)₂+4NH₃ = Cu(NH₃)₄²⁺ + 2OH^-]（2分）    
（6）CaF₂（2分）     （2分）
（7）（1分）（1分）

試題分析：首先確定A為碳元素，C為氧元素，根據“A、B、C”序數依次增大，確定B為氮元素，又根據“C與D形成的化合物中C顯正化合價”可確定D為非金屬性最強的氟元素，根據“E的M層電子數是N層電子數的4倍”確定E為鈣元素，最后根據“F除最外層原子軌道處于半充滿狀態，其余能層均充滿電子”確定F為銅元素。
⑴根據C、N、O的非金屬性大小為C＜N＜O，則第一電離能大小為C＜O＜N（反常）。
⑵根據Cu原子的基態電子排布式為[Ar]3d¹⁰4s¹，則其外圍電子的排布式為3d¹⁰4s¹；金屬銅的堆積方式為面心立方最密堆積（丙圖）。
⑶N與O形成的四原子陰離子為NO₃^-，中心原子的?鍵數＝3，孤對電子對數＝，則中心原子的價電子對數為3，屬于sp²雜化，由于無孤對電子，故其空間構型為平面三角形。
⑷根據“增減找鄰、同族互換”原則可得CN^－的等電子體離子有C₂^2- 或O₂²⁺。
⑸Cu(OH)₂溶于氨水生成Cu(NH₃)₄(OH)₂（強電解質），據此可寫出該反應的離子方程式。
⑹F與Ca形成的化合物為CaF₂，在CaF₂的晶胞中含有Ca：8×1/8+6×1/2=4（個），含F：8×1＝8（個）則該晶胞的密度為，化簡得a=cm。
⑺根據由碳、氮、氧、氫元素構成的氰酸“分子內含有叁鍵，所有原子最外層均已達到穩定結構，分子中也不含環狀結構”可確定其結構式為；同理可確定異氰酸（分子內不含叁鍵）的結構式為。