Question

13．主族元素W、X、Y、Z的原子序數依次增大，W的原子最外層電子數是次外層電子數的3倍．X、Y和Z分屬不同的周期，它們的原子序數之和是W原子序數的5倍．在由元素W、X、Y、Z組成的所有可能的二組分化合物中，由元素W與Y形成的化合物M的熔點最高．請回答下列問題：
（1）W元素原子的L層電子排布式為2s²2p⁴，W₃分子的空間結構為V形；
（2）X單質與水發生主要反應的方程為2F₂+2H₂O=4HF+O₂；
（3）化合物M的化學式為MgO，其晶體結構與NaCl相同，而熔點高于NaCl．M熔點較高的原因是MgO的晶格能大于NaCl的晶格能，將一定量的化合物ZX負載在M上可制得ZX/M催化劑，用于催化碳酸二甲酯與月桂醇酯交換合成碳酸二月桂酯．在碳酸二甲酯分子中，碳原子采用的雜化方式有sp²和sp³，O-C-O的鍵角約為120°；
（4）X、Y、Z可形成立方晶體結構的化合物，其晶胞中X占據所有棱的中心，Y位于頂角，Z處于體心位置，則該晶體的組成X：Y：Z=3：1：1；
（5）許多金屬鹽都可以發生焰色反應，其原因是灼燒時電子從基態到激發態，激發態電子從能量較高的軌道躍遷到能量較低的軌道時，以一定波長光的形式釋放能量．

Answer 1

分析 主族元素W、X、Y、Z的原子序數依次增大，W的原子最外層電子數是次外層電子數的3倍，W原子只能有2個電子層，最外層電子數為6，則W為O元素．X、Y和Z分屬不同的周期，它們的原子序數之和是W原子序數的5倍，即三元素原子序數之和為40，X若為第三周期元素，X、Y、Z的原子序數之和大于W原子序數的5倍，所以可以斷定X也在第二周期，故X為F元素，則Y、Z原子序數之和=40-9=31，平均原子序數為15.5，可以推斷Y處于第三周期、Z處于第四周期，Z的原子序數大于18，若Y為Na元素，則Z為Ca元素，若Y為Mg元素，則Z為K元素，X的原子序數再增大，不符合題意，由于元素W與Y形成的化合物M的熔點最高，故Y為Mg元素，Z為K元素，化合物M為MgO，據此解答．

解答 解：主族元素W、X、Y、Z的原子序數依次增大，W的原子最外層電子數是次外層電子數的3倍，W原子只能有2個電子層，最外層電子數為6，則W為O元素．X、Y和Z分屬不同的周期，它們的原子序數之和是W原子序數的5倍，即三元素原子序數之和為40，X若為第三周期元素，X、Y、Z的原子序數之和大于W原子序數的5倍，所以可以斷定X也在第二周期，故X為F元素，則Y、Z原子序數之和=40-9=31，平均原子序數為15.5，可以推斷Y處于第三周期、Z處于第四周期，Z的原子序數大于18，若Y為Na元素，則Z為Ca元素，若Y為Mg元素，則Z為K元素，X的原子序數再增大，不符合題目中主族元素的要求，由于元素W與Y形成的化合物M的熔點最高，故Y為Mg元素，Z為K元素，化合物M為MgO．
（1）W為O元素，原子的L層電子排布式為 2s²2p⁴，O₃分子中中心氧原子價層電子對數=2+$\frac{6-2×2}{2}$=3、含有1對孤電子對，故O₃空間構型為V形，
故答案為：2s²2p⁴；V形；
（2）X單質為F₂，與水發生反應：2F₂+2H₂O=4HF+O₂，
故答案為：2F₂+2H₂O=4HF+O₂；
（3）化合物M為MgO，屬于離子化合物，由于MgO晶體中離子的電荷多、離子半徑小，故MgO晶格能大，故MgO熔點較高；
在碳酸二甲酯分子中-OCH₃，C原子4個單鍵，采取sp³雜化，在酯基中，C原子成2個C-O單鍵、1個C=O雙鍵，雙鍵按單鍵計算，故中心C原子的雜化軌道數為3，采取sp²雜化，為平面正三角形，鍵角為120°，故O-C-O的鍵角約為120°，
故答案為：MgO；MgO的晶格能大于NaCl的晶格能；sp²和sp³；120°；
（4）F、Mg、K形成立方晶體結構的化合物，晶胞中F占據所有棱的中心，晶胞中F原子數目為12×$\frac{1}{4}$=3，Mg位于頂角，晶胞中Mg原子數目為8×$\frac{1}{8}$=1，K處于體心位置，晶胞中含有1個K原子，則該晶體的組成為F：Mg：K=3：1：1，
故答案為：3：1：1；
（5）許多金屬鹽都可以發生焰色反應，其原因為：灼燒時電子從基態到激發態，激發態電子從能量較高的軌道躍遷到能量較低的軌道時，以一定波長光的形式釋放能量，從而出現不同的顏色，
故答案為：灼燒時電子從基態到激發態，激發態電子從能量較高的軌道躍遷到能量較低的軌道時，以一定波長光的形式釋放能量．

點評 本題是對物質結構與性質的考查，涉及核外電子排布、分子結構與性質、晶體類型與性質、晶胞計算等，難度中等，推斷元素是解題的關鍵，要充分利用原子序數的關系結合周期表的結構進行判斷元素．