Question

7．X、Y、Z、M、W、R是元素周期表中1～36號元素，且原子序數依次增大，X、Y、Z是位于同一周期的相鄰元素，Y元素基態原子的2p軌道處于半充滿狀態；M為元素周期表1～36號元素中電負性最小的元素，W元素基態原子的價電子構型為3d⁷4s²；R位于周期表第11列．回答下列問題（若需表示具體元素必須用相應的元素符號）：
①X、Z、W三種元素可以形成橘紅色易升華的固體配合物W₂（XZ）₈，該配合物中提供空軌道的是Co，提供孤對電子的是CO（填化學式）．
②已知某化合物部分結構如圖（a）所示，該化合物由X、Y兩元素組成，硬度超過金剛石．該化合物的化學式為C₃N₄，其晶體類型為原子晶體，晶體中X元素原子的雜化方式為sp³．簡要分析該晶體比金剛石晶體硬度大的原因C-N鍵的鍵長小于C-C鍵，鍵能大于C-C鍵（金剛石的密度3.51g•cm^-3，該晶體密度為3.6g•cm^-3）

圖（a）	圖（b）

③在圖（b）中標出R晶體中R原子的位置，該晶體中R原子直徑為a pm，R的相對原子質量為M，阿伏加德羅常數為N_A，該晶胞密度表達式為$\frac{\sqrt{2}M×1{0}^{30}}{{a}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3（用a，M，N_A表示）．

Answer 1

分析 X、Y、Z、M、W、R是元素周期表中1～36號元素，且原子序數依次增大，Y元素基態原子的2P軌道處于半充滿狀態，原子核外電子排布式為1s²2s²2p³，故Y為N元素；X、Y、Z是位于同一周期的相鄰元素，結合原子序數可知X為C元素、Z為O元素；M為元素周期表1～36號元素中電負性最小的元素，則M為K；W元素基態原子的價電子構型為3d⁷4s²，則W為Co；R位于周期表第11列，原子序數大于Co，故R為Cu．
①中心原子或離子含有空軌道，配體含有孤對電子；
②從給出的“化合物”的結構圖可知，C原子形成4個鍵，N原子形成3個鍵，該化合物的化學式為C₃N₄，故其化學鍵為共價鍵，結合硬度大可知其為原子晶體，碳原子形成4個鍵，盡管N原子形成3個鍵，但還有1對孤對電子，價層電子對數都是4；原子晶體中共價鍵越短，化學鍵越穩定，硬度越大；
③R為Cu，晶體屬于面心立方最密堆積，Cu原子處于頂點與面心，面對角線上的原子相切，Cu原子之間為a pm，則晶胞棱長=a×10^-10 cm×2×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=$\sqrt{2}$a×10^-10 cm，根據均攤法計算晶胞中Cu原子數目，表示出晶胞質量，再根據ρ=$\frac{m}{V}$計算晶胞密度．

解答 解：X、Y、Z、M、W、R是元素周期表中1～36號元素，且原子序數依次增大，Y元素基態原子的2P軌道處于半充滿狀態，原子核外電子排布式為1s²2s²2p³，故Y為N元素；X、Y、Z是位于同一周期的相鄰元素，結合原子序數可知X為C元素、Z為O元素；M為元素周期表1～36號元素中電負性最小的元素，則M為K；W元素基態原子的價電子構型為3d⁷4s²，則W為Co；R位于周期表第11列，原子序數大于Co，故R為Cu．
①X、Z、W三種元素可以形成橘紅色易升華的固體配合物Co₂（CO）₈，該配合物中提供空軌道的是Co，提供孤對電子的是CO，
故答案為：Co；CO；
②從給出的“化合物”的結構圖可知，C原子形成4個鍵，N原子形成3個鍵，該化合物的化學式為C₃N₄，故其化學鍵為共價鍵，結合硬度大可知其為原子晶體，碳原子形成4個鍵，故其為sp³雜化，盡管N原子形成3個鍵，但還有1對孤對電子，價層電子對數為4，因此N原子也是sp³雜化，
由于C-N鍵的鍵長小于C-C鍵，鍵能大于C-C鍵，則硬度超過金剛石，
故答案為：C₃N₄；原子晶體；sp³；C-N鍵的鍵長小于C-C鍵，鍵能大于C-C鍵；
③R為Cu，晶體屬于面心立方最密堆積，Cu原子位置為，面對角線上的原子相切，Cu原子之間為a pm，則晶胞棱長=a×10^-10 cm×2×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=$\sqrt{2}$a×10^-10 cm，晶胞中Cu原子數目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，Cu的相對原子質量為M，則故晶胞質量為4×$\frac{M}{{N}_{A}}$g，則晶胞密度為4×$\frac{M}{{N}_{A}}$g÷（$\sqrt{2}$a×10^-10 cm）³=$\frac{\sqrt{2}M×1{0}^{30}}{{a}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3，
故答案為：；$\frac{\sqrt{2}M×1{0}^{30}}{{a}^{3}{N}_{A}}$．

點評 本題是對物質結構與性質的考查，涉及核外電子排布、元素周期律、配合物、晶體類型與性質、晶胞結構與計算等，掌握均攤法進行晶胞有關計算，是對學生綜合能力的考查．