Question

已知元素A、B、C、D、E、F均属前四周期且原子序数依次增大，其中A含有3个能级，且每个能级所含的电子数相同，C的基态原子2p轨道有2个未成对电子；C与D形成的化合物中C显正化合价；E的M层电子数是N层电子数的4倍，F除最外层原子轨道处于半充满状态，其余能层均充满电子。请回答下列问题：

(1)B原子最高能级有___个单电子。D原子的价电子排布图为___。

(2)B与C形成的四原子阴离子，其中心原子的杂化方式为__。

(3)C₃分子的立体构型为__；与其互为等电子体的分子有__，离子有__。

(4)A、B、C、D四种元素简单氢化物沸点由高到低的顺序是___。(用化学式表示)

(5)F在元素周期表中位于__区，F的晶体中原子的堆积方式是图中的__(填写“甲、乙或丙”)，其配位数为__。

(6)F(OH)₂难溶于水，易溶于氨水，写出其溶于氨水的离子方程式___。

(7)CaTiO₃的晶胞为立方晶胞，结构如图丁所示(图中Ca²⁺、O^2-、Ti⁴⁺分别位于立方体的体心、面心和顶角)晶体的密度为ρg/cm³，Ca²⁺位于O^2-构成的正八面体的体心位置，则该正八面体的边长为___nm(填计算式)。(CaTiO₃的摩尔质量为136g/mol，N_A为阿伏加德罗常数)。

Answer

3 sp2 V形 SO2 NO H2O>HF>NH3>CH4 ds 丙 12 Cu(OH)2+4NH3·H2O=[Cu(NH3)4]2++2OH-+4H2O或Cu(OH)2+4NH3=[Cu(NH3)4]2++2OH- ×107

【解析】

元素A、B、C、D、E、F均属前四周期，且原子序数依次增大，其中A含有3个能级，且每个能级所含的电子数相同，则其原子核外电子排布为1s22s22p2，故A为碳元素；C的基态原子2p轨道有2个未成对电子，原子序数大于A，故其核外电子排布为1s22s22p4，则C为氧元素，B的原子序数介于碳、氧之间，则B为氮元素；C与D形成的化合物中C显正化合价，则D的电负性大于C，所以D是F元素；E的M层电子数是N层电子数的4倍，处于第四周期，F原子序数大于E，也处于第四周期，其内部各能层均排满，且最外层电子数为1，则F的核外电子数=2+8+18+1=29，故F为Cu；结合原子序数可知，E原子最外层电子数只能为2，M层电子数是8，则E是Ca元素，据此分析解答。

(1)B为氮元素，B原子最高能级2p有3个单电子。D是F元素，D原子的价电子排布图为。故答案为：3；；

(2)B与C形成的四原子阴离子为，离子中N原子价层电子对数=3+=3，且N原子不含孤电子对，所以其空间构型为平面三角形，N原子采用sp2杂化。故答案为：sp2；

(3)C为氧元素，O3分子中心原子价层电子对数=2+=3，且O原子含1个孤电子对，所以其空间构型为V形，O3分子的立体构型为V形；用同族替换法和电子电荷迁移法得：与其互为等电子体的分子有SO2，离子有NO。故答案为：V形；SO2；NO；

(4)A、B、C、D四种元素简单氢化物中水在常温下是液态，其余为气态，HF相对分子质量大、极性强，沸点高于氨，甲烷分子间不能形成氢键，沸点最低，沸点由高到低的顺序是H2O>HF>NH3>CH4。(用化学式表示)故答案为：H2O>HF>NH3>CH4；

(5)Cu在元素周期表中位于ds区，Cu的晶体中原子的堆积方式 面心立方最密堆积，是图中的丙(填写“甲、乙或丙”)，铜原子周围有上面3个，下面3个，中间层6个，其配位数为12。故答案为：ds；丙；12；

(6)Cu(OH)2难溶于水，易溶于氨水，其溶于氨水生成可溶的[Cu(NH3)4]2+，离子方程式Cu(OH)2+4NH3·H2O=[Cu(NH3)4]2++2OH-+4H2O或Cu(OH)2+4NH3=[Cu(NH3)4]2++2OH-。故答案为：Cu(OH)2+4NH3·H2O=[Cu(NH3)4]2++2OH-+4H2O或Cu(OH)2+4NH3=[Cu(NH3)4]2++2OH-；

(7)依据晶胞结构可知，1个晶胞含有Ca2＋个数为：1，含有Ti4＋个数为：×8=1，含有O2-个数为：×6=3，1个晶胞含有1个CaTiO3，已知CaTiO3的摩尔质量为136g/mol，NA为阿伏加德罗常数，则1mol晶胞质量为136g，设晶胞边长为acm，则1mol晶胞体积为a3NAcm3，晶胞密度ρ=，则a=cm，面对角线长度为：acm，该正八面体的边长为cm，即×107nm。故答案为：×107。