Question

【題目】周期表前三周期元素A、B、C、D，原子序數(shù)依次增大，A的基態(tài)原子的L層電子是K層電子的兩倍；B的價(jià)電子層中的未成對(duì)電子有3個(gè)；C與B同族；D的最高價(jià)含氧酸為酸性最強(qiáng)的無(wú)機(jī)含氧酸。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

(1)C的基態(tài)原子的電子排布式為_____________；D的最高價(jià)含氧酸酸性比其低兩價(jià)的含氧酸酸性強(qiáng)的原因是___________________________。

(2)雜化軌道分為等性和不等性雜化，不等性雜化時(shí)在雜化軌道中有不參加成鍵的孤電子對(duì)的存在。A、B、C都能與D形成中心原子雜化方式為____________的兩元共價(jià)化合物。其中，屬于不等性雜化的是____________(寫化學(xué)式)。以上不等性雜化的化合物價(jià)層電子對(duì)立體構(gòu)型為_________，分子立體構(gòu)型為_______________________________。

(3)以上不等性雜化化合物成鍵軌道的夾角________(填“大于”、“等于”或“小于”)等性雜化的化合物成鍵軌道間的夾角。

(4)A和B能形成多種結(jié)構(gòu)的晶體。其中一種類似金剛石的結(jié)構(gòu)，硬度比金剛石還大，是一種新型的超硬材料。其結(jié)構(gòu)如下圖所示(圖1為晶體結(jié)構(gòu)，圖2為切片層狀結(jié)構(gòu))，其化學(xué)式為________________。實(shí)驗(yàn)測(cè)得此晶體結(jié)構(gòu)屬于六方晶系，晶胞結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。已知圖示原子都包含在晶胞內(nèi)，晶胞參數(shù)a＝0.64 nm，c＝0.24 nm。其晶體密度為________________(已知：＝1.414，＝1.732, 結(jié)果精確到小數(shù)點(diǎn)后第2位)。

Answer 1

【答案】 1s22s22p63s23p3 高氯酸中非羥基氧原子為3個(gè)，氯酸中為2個(gè)(或高氯酸中Cl元素為＋7價(jià)，吸引羥基氧原子的能力很強(qiáng)，而氯酸中Cl元素為＋5價(jià)對(duì)羥基氧原子吸引能力較弱) sp3雜化 NCl3 、PCl3 四面體形 三角錐形 小于 C3N4 3.59 g·cm－3

【解析】周期表前三周期元素A、B、C、D，原子序數(shù)依次增大，A的基態(tài)原子的L層電子是K層電子的兩倍，則A為碳元素；B的價(jià)電子層中的未成對(duì)電子有3個(gè)，則B為氮元素；C與B同族，則C為磷元素；D的最高價(jià)含氧酸為酸性最強(qiáng)的無(wú)機(jī)含氧酸，則D為氯元素。

（1）C為P元素，原子核外有15個(gè)電子，基態(tài)原子的電子排布式為：1s22s22p63s23p3 ；D為Cl元素，最高價(jià)含氧酸為HClO4，比其低兩價(jià)的含氧酸是HClO3，高氯酸中非羥基氧原子為3個(gè)，氯酸中為2個(gè)(或高氯酸中Cl元素為＋7價(jià)，吸引羥基氧原子的能力很強(qiáng)，而氯酸中Cl元素為＋5價(jià)對(duì)羥基氧原子吸引能力較弱)，所以高氯酸酸性比氯酸強(qiáng)。

（2）C、N、P與Cl形成兩元共價(jià)化合物為CCl4、NCl3、PCl3，中心原子都為sp3雜化；雜化后得到的雜化軌道完全相同就是等性雜化，如甲烷中的sp3雜化，得到4個(gè)完全相同的sp3雜化軌道；雜化后得到的雜化軌道至少存在兩個(gè)不同的，就是非等性雜化，如氨分子中N原子、PCl3中的P原子，雖是sp3雜化，雜化后的雜化軌道不完全相同，所以屬于不等性雜化；以上不等性雜化的化合物價(jià)層電子對(duì)立體構(gòu)型為四面體形，分子立體構(gòu)型為三角錐形。

（3）因?yàn)楣码娮訉?duì)對(duì)成鍵電子對(duì)的排斥力較大，所以不等性雜化化合物成鍵軌道的夾角小于等性雜化的化合物成鍵軌道間的夾角。

（4）根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)，每個(gè)C原子與4個(gè)N原子以共價(jià)鍵相連，每個(gè)N原子與3個(gè)C原子以共價(jià)鍵相連，所以氮化碳的化學(xué)式為C3N4；從圖3可以看出，一個(gè)C3N4晶胞包括6個(gè)C原子和8個(gè)N原子，則其晶體密度為ρ= =3.59 gcm-3。