Question

12．下表中实线是元素周期表的部分边界，其中上边界并未用实线标出．

根据信息回答下列问题．
（1）周期表中基态Ga原子的最外层电子排布式为4s²4p¹．
（2）Fe元素位于周期表的d区e原子的最外层电子数为2；已知：原子数目和电子总数（或价电子总数）相同的微粒互为等电子体，等电子体具有相似的结构特征．与CO分子互为等电子体的分子和离子分别为N₂和CN^-（填化学式）．
（3）在CH₄、CO、CH₂=CH₂中，碳原子采取sp²杂化的分子有CH₂=CH₂，碳原子采取sp³杂化的分子有CH₄．
（4）根据VSEPR理论预测ED${\;}_{4}^{-}$离子的空间构型为正四面体．B、C、D、E原子相互化合形成的分子中，所有原子都满足最外层8电子稳定结构的分子的电子式为、（写2种）．

Answer 1

分析 上边界为短周期元素，一周期有2种元素，二、三周期有8种元素，表示元素周期表的部分边界如图：；（1）、主族元素的族序数=其最外层电子数=其价电子数，最外层电子在排列时，遵循能量最低原理（先排能量低的后排能量高的），4s的能量小于4p的能量，4s能级最多排两个电子，4p能级最多排6个电子；
（2）、元素周期表五区的划分是根据最后排入的电子名称命名的．Fe原子是26号元素，Fe原子的基态核外电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，这些电子排列时遵循能量最低原理（先排能量低的后排能量高的），这些能级的能量大小顺序为：1s＜2s＜2p＜3s＜3p＜4s＜3d，所以根据能量最低原理先排4s电子后排3d电子，根据等电子体的定义，只要原子数目和电子总数（或价电子总数）相同就是等电子体．CO分子含两个原子，且组成该物质的元素一个是6号一个是8号，找它的等电子体时，如果是分子，就把两种元素的原子序数一个增大1一个减小1，如果是离子，其中一种元素不变，另一种原子序数增大（或减小），带正电荷（或负电荷）；
（3）、判断原子采取杂化方式时，先根据价层电子对互斥理论判断价层电子对，然后再确定采取的杂化方式，如：如果是直线型，采取的就是SP杂化；
（4）、分子空间构型的判断
价层电子对数=σ键电子对数+中心原子上的孤电子对数  
σ键电子对数=σ键个数=中心原子结合的原子个数  
中心原子上的孤电子对数=1/2（a-xb）
 说明：对于分子，a为中心原子的价电子数
     对于阳离子，a为中心原子的价电子数-离子所带的电荷数如：NH₄⁺        
    对于阴离子，a为中心原子的价电子数+离子所带的电荷数如：CO₃^-        
    x为配位原子个数；b为配位原子最多能接受的电子数
    如果价层电子对=2，VSEPR模型为直线型         
    如果价层电子对=3，VSEPR模型为平面三角形     
   如果价层电子对=4，VSEPR模型为四面体，由此分析．

解答 解：上边界为短周期元素，一周期有2种元素，二、三周期有8种元素，表示元素周期表的部分边界如图：，故答案为：；
（1）、元素周期表每一横行是一个周期，一共有18个纵行，从左向右，1、2和13至17七个纵行是主族，且第一纵行开始分别为第IA族、第IIA族，第IIIA族、第IVA族，V第A族，V第IA族，第VIIA族，Ga是第四横行第十一纵行的元素，所以是第四周期第IIIA族的元素，主族元素的族序数=其最外层电子数=其价电子数，所以Ga最外层有3个电子，最外层电子在排列时，遵循能量最低原理（先排能量低的后排能量高的），4s的能量小于4p的能量，4s能级最多排两个电子，故答案为：4s²4p¹．
（2）、元素周期表五区的划分是根据最后排入的电子名称命名的．Fe原子是26号元素，Fe原子的基态核外电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，
这些电子排列时遵循能量最低原理（先排能量低的后排能量高的），这些能级的能量大小顺序为：1s＜2s＜2p＜3s＜3p＜4s＜3d，
根据能量最低原理先排4s电子后排3d电子，所以 最后排入的是3d电子，根据命名规则属d区，最外层有2个电子，根据等电子体的定义，CO的等电子体必须是双原子分子或离子，且电子总数相等．对于原子，原子序数=原子核外电子总数，所以，如果是分子，只要原子序数之和相等即可．
CO中C是6号元素，O是8号元素，原子序数之和为14，N是7号元素，且可形成双原子分子，所以分子是N₂．
如果是阳离子离子，原子序数之和减去所带电荷数值，如果是阴离子，原子序数之和加上所带电荷数值，等于CO的原子序数之和即可所以是CN^-．．
故答案为：d区；2；N₂、CN^-．
（3）、判断原子采取杂化方式时，先根据价层电子对互斥理论判断价层电子对，然后再确定采取的杂化方式．价层电子对数=σ键电子对数+中心原子上的孤电子对数，σ键电子对数=σ键个数=中心原子结合的原子个数，中心原子上的孤电子对数=1/2（a-xb），说明：对于分子，a为中心原子的价电子数，x为配位原子个数，b为配位原子最多能接受的电子数
．在CH₄中价层电子对数=σ键电子对数（4）+中心原子上的孤电子对数（0），所以碳原子采取sp³杂化．在CO分子中价层电子对数=σ键电子对数（1）+中心原子上的孤电子对数（1），所以碳原子采取sp杂化；CH₂=CH₂中，价层电子对数=σ键电子对数（3）+中心原子上的孤电子对数（0），所以碳原子采取sp²杂化．
故答案为：CH₂=CH₂、CH₄；
（4）、根据元素周期表知，E是Cl元素，D是O元素，ED₄^-是ClO₄^-离子，价层电子对数=σ键电子对数+中心原子上的孤电子对数，σ键电子对数=σ键个数=中心原子结合的原子个数，中心原子是Cl原子，中心原子结合的原子个数是4，所以σ键电子对数=4，中心原子上的孤电子对数=1/2（a-xb），说明：x为配位原子个数，b为配位原子最多能接受的电子数，对于阴离子，a为中心原子的价电子数+离子所带的电荷数，中心原子上的孤电子对数=1/2（a-xb）=1/2（8-4*2）=0，所以价层电子对数=4，根据VSEPR理论预测ED₄^-离子的空间构型为正四面体型．
根据元素周期表知，B、C、D、E分别是C、N、O、Cl是四种元素，分子中每个原子最外层都达到8电子稳定结构的判断公式是：化合价的绝对值+原子最外层电子数=8，分子中每个原子最外层都达到8电子稳定结构．否则就没有达到8电子稳定结构．对于C元素，8-原子最外层电子数（4）=化合价的绝对值（4）
    对于O元素，8-原子最外层电子数（6）=化合价的绝对值（2）
    对于N元素，8-原子最外层电子数（5）=化合价的绝对值（3）
    对于Cl元素，8-原子最外层电子数（7）=化合价的绝对值（1）
所以两两形成的化合物且每个原子最外层都达到8电子稳定结构的化合物有：CO₂  CCl₄，CO₂ 的电子式为：； CCl₄电子式为；
故答案为：正四面体、、．

点评 本题考查基态原子或离子的核外电子排布或最外层电子排布、分子中原子采取的杂化方式、对于元素周期表，学习时要记住它的周期、族的划分，要熟记前36号元素，五区的划分、边界、划分依据等都要掌握，考查方式较多，在学习中要灵活掌握根据VSEPR理论预测分子或离子的空间构型是学习的重点，也是近几年高考的热点．