Question

已知：A、B、C、D、E五种元素，原子序数依次增大。A是短周期中原子半径最大的元素，B元素3p能级半充满；C是所在周期电负性最大的元素；D是第四周期未成对电子最多的元素；E的原子序数比D大3。试回答下列有关的问题：

（1）写出D元素价电子的电子排布图：______________。

（2）D可形成化合物[D(H₂O)₆](NO₃)₃ ,[D(H₂O)₆](NO₃)₃中阴离子的立体构型是____________。NO₂^－中心原子的轨道杂化类型为______________，1 mol [D(H₂O)₆] ³⁺ 中含有的σ键数为 ______________。

（3）已知B、C两种元素形成的化合物通常有两种。这两种化合物中___________ （填化学式）为非极性分子。另一种物质的电子式为 ______________。

（4）D是一种硬而脆抗腐蚀性强的金属，常用于电镀和制造特种钢。下图为D的晶胞结构图，则D晶胞属于___________堆积；该晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为___________。（已知：π=3.14，=1.732）

（5）E晶体的一种晶胞(如图所示)的边长为anm，密度为ρg·cm^－3，N_A表示阿伏加德罗常数的值，则E的原子半径为___________nm，E的相对原子质量可表示为___________。

Answer

平面三角形 sp2杂化 18NA PCl5 体心立方 68 a 5a3ρNA×10-22

【解析】

A、B、C、D四种元素，原子序数依次增大。A是短周期中原子半径最大的元素为Na元素，B元素3p能级半充满为P元素，C是所在周期电负性最大的元素为Cl元素，D是第四周期未成对电子最多的元素为Cr元素，
（1）D元素为铬元素，能层上为半充满状态时价电子为未成对电子最多；
（2）①依据价电子互斥理论确定硝酸根离子的空间构型，再结合杂化轨道理论判断其中心原子的杂化类型；
②结合物质结构判断含有σ键数；
（3）B、C两种元素分别为P和Cl，形成化合物为：PCl3，PCl5，结构对称的正负电荷重心重合的为非极性分子，结合共价键电子式书写方法解答；
（4）依据金属晶体中金属原子在空间上的堆积模型分析判断；原子的体积占晶胞体积的百分率即空间利用率，结合晶胞结构进行计算；

（5）利用均摊法计算晶胞内原子的个数，再结合晶体的密度 = 晶胞的密度= 推导出晶体的摩尔质量，其数值即为所求。

（1）D元素为铬元素，能层上为半充满状态时价电子为未成对电子最多，其价电子的电子排布图为，故答案为；
（2）①硝酸根离子中价电子对个数=3+（5+1-3×2）=3，且不含孤对电子，所以该分子为平面三角形，中心原子采用sp2杂化；故答案为平面三角形；sp2杂化；
②在 [D(H2O)6] 3+中配合离子Cr3+与水之间形成的化学键为配位键，配位键是特殊的共价键，属于σ键，所以1 mol [D(H2O)6] 3+中含有σ键有12+6 = 18 mol = 18 NA；故答案为18 NA；
（3）B、C两种元素分别为P和Cl，形成化合物为：PCl3，PCl5，其中PCl3为三角锥性结构，属于极性分子，PCl5为三角双锥性结构，属于非极性分子，PCl3电子式为：；故答案为PCl5；；

（4）由晶胞结构图可知，该金属原子的晶胞堆积模型为体心立方堆积模型，根据均摊法可知晶胞内所含原子数 = 8× +1= 2，设该晶胞的边长为a cm，原子为等径圆球，其半径为r cm，则结合几何构型可知，等径圆球的半径为该晶胞体对角线的1/4，即a = ，则该晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为 = = ×100% = ×3.14×100%68%，故答案为体心立方；68；

（5）E的原子序数比D大3，则E为钴元素，结合E晶体的一种晶胞模型根据均摊法可知晶胞内所含原子数 = 8× +1= 2，则结合几何构型可知，E的原子半径为该晶胞体对角线的1/4 = a，则该晶胞的质量为 g = ρ g·cm-3×(a×10-7cm) 3，得出M = 5a3ρNA×10-22，故答案为a；5a3ρNA×10-22。