Question

【化学选修3：物质结构与性质】（15分）

A、B、C、D四种元素的原子序数依次增大，A的一种原子不含有中子，B原子p轨道有三个未成对电子，C是非金属元素且s轨道上的电子总数等于p轨道上的电子总数，D的原子序数为29。回答下列问题：

（1）D的基态电子排布式为___________________________。

（2）A、B、C元素的第一电离能由大到小的顺序为________________(填元素符号)。

（3）A和B能形成两种常见的化合物BA₃和B₂A₄，试比较两者的沸点的高低：________________（用化学式表示），说明原因：_________________________________。

（4）A和C形成的一种化合物为常见的液态物质，但该物质由液体形成固体后密度却减小。试解释原因：___________________________________。

（5）A、B、C、D四种元素可以形成一种原子个数比为12：6：6：1的配合物，请写出该化合物的化学式：____，其中B原子的杂化类型为________________。

（6）D晶体的堆积类型为_________，其空间利用率为______________(请计算出准确值，可用根式表示)。

Answer

（1）3d104s1(1分)；（2）N>O>H(1分)；

（3）N2H4>NH3(1分)；二者同属于分子晶体，分子间可以形成氢键，但是N2H4的相对分子质量更大，形成的氢键数更多，故沸点更高(2分)；

（4）H2O在形成晶体时由于氢键的作用使分子之间的距离变大，空间利用率减小，所以密度减小(2分)；

（5）[Cu(NH3)4](NO3)2(2分)；sp2、sp3(2分)；（6）面心立方最密堆积(2分)；(或74%)(2分)。

【解析】

试题分析：A、B、C、D四种元素的原子序数依次增大，A的一种原子不含有中子，则A是H元素；B原子p轨道有三个未成对电子，则B是N元素；C是非金属元素且s轨道上的电子总数等于p轨道上的电子总数，则C是O元素；D的原子序数为29，D是Cu元素。（1）D是Cu元素，其基态电子排布式为3d104s1；（2） 一般情况下同一周期的元素，元素的非金属性越强，其第一电离能就越大，但由于N原子核外的电子处于其轨道的半充满状态，是稳定状态，失去电子比O还难，所以A、B、C元素的第一电离能由大到小的顺序为N>O>H；（3） A和B能形成两种常见的化合物BA3和B2A4，它们分别是NH3、N2H4，二者都属于分子晶体，分子之间通过分子间作用力结合，二者也都可以形成氢键，但由于N2H4相对分子质量更大，形成的氢键数目多，使作用力更强，断裂更难，因此其沸点比NH3更高。（4）水形成晶体时水分子之间最大限度地形成氢键，由于氢键有方向性，使得分子间的距离变大，导致空间利用率减小，密度减小；（5）A、B、C、D四种元素可以形成一种原子个数比为12：6：6：1的配合物，该化合物的化学式是：[Cu(NH3)4](NO3)2，其NH3中的N原子采用sp3杂化，NO3-中的N原子采用sp2杂化。（6）Cu晶体的堆积类型为面心立方最密堆积，假设晶胞边长是a，Cu原子半径是r，则4r=a，一个晶胞中含有Cu原子的数目是8×1/8+6×1/2=4,则晶胞中含有的Cu原子占有的体积是V(原子) ，晶胞的体积是a3，所以其空间利用率为。

考点：考查元素的推断、氢键、原子的杂化、物质化学式的书写及原子空间利用率的计算等晶体结构的知识。