Question

9．有E、Q、T、X、Z五種前四周期元素，原子序數E＜Q＜T＜X＜Z．E、Q、T三種元素的基態原子具有相同的能層和能級，且I₁（E）＜I₁（T）＜I₁（Q），其中基態Q原子的2p軌道處于半充滿狀態，且QT₂⁺與ET₂互為等電子體．X為周期表前四周期中電負性最小的元素，Z的焰色為綠色．
請回答下列問題（答題時如需表示具體元素，請用相應的元素符號）：
（1）寫出QT₂⁺的電子式、基態Z原子的價層電子排布圖．從光譜的角度解釋Z原子特征焰色產生原因：銅原子的外層電子在發生躍遷時會一定波長的光
（2）Q的簡單氫化物極易溶于T的簡單氫化物，其主要原因有這兩種氫化物均為極性分子、相互之間能形成氫鍵等兩種．
（3）化合物甲由T、X兩元素組成，其晶胞如圖1，物質乙由E、Z兩種元素組成，其二維結構如圖2，則甲的化學式為KO₂．乙的一個晶胞中E原子有42個
（4）1993年哈佛大學科學家利用激光濺射技術成功研制由E、Q兩元素組成的晶體材料丙，該晶胞如圖3所示．分析表明這種晶體的硬度將超過目前世界上最硬的金剛石此空多余晶體，成為首屈一指的超硬新材料．
乙的晶體類型為原子晶體，E元素原子的雜化方式為sp³，其硬度超過金剛石的原因是C-N鍵的鍵長小于C-C鍵，鍵能大于C-C鍵．

Answer 1

分析 E、Q、T三種元素的基態原子具有相同的能層和能級，應位于周期表同一周期，基態Q原子的2p軌道處于半充滿狀態，則原子核外電子排布式為1s²2s²2p³，應為N元素，I₁（E）＜I₁（T）＜I₁（Q），且原子序數E＜Q＜T，則T應為O元素，QT₂⁺與ET₂互為等電子體，則E應為C元素，NO₂⁺與CO₂的電子數都為22，X為周期表前四周期中電負性最小的元素，應為K元素，Z的焰色為綠色，則Z為Cu元素，結合元素對應的單質、化合物的性質以及元素周期律解答該題．

解答 解：依據分析可知：E為C、Q為N、T為O、X為K、Z為Cu，
（1）QT₂⁺為NO₂⁺，電子式為；Z為Cu元素，原子序數為29，位于周期表第四周期第ⅠB族，其價電子排布式為 3d¹⁰4s¹，則價電子排布圖為；Cu元素的原子在接受火焰提供的能量時，其外層電子將會被激發到能量較高的激發態，處于激發態的外層電子不穩定，又要躍遷到能量較低的基態，同時釋放一定波長的光；
故答案為：； ；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹；銅原子的外層電子在發生躍遷時會一定波長的光；
（2）Q的簡單氫化物和T的簡單氫化物分別為NH₃、H₂O，兩種分子立體構型相似，都為極性分子，并且N、O元素的電負性較大，氫化物中存在氫鍵，兩種原因導致氨氣極易溶于水，
故答案為：這兩種氫化物均為極性分子、相互之間能形成氫鍵；
（3）晶胞中K⁺位于晶胞的頂點和體心位置，平均1個晶胞含有K⁺的個數為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，晶胞中，由O元素構成的離子個數為：2×（12×$\frac{1}{4}$+1）=8，則甲的化學式為KO₂；圖2中乙的二維結構中含有7個Cu原子，在三維空間里，其原子數為7×6=42，即晶胞中含有42個Cu原子；
故答案為：KO₂；42；
（4）乙由E、Q兩元素組成，硬度超過金剛石，則乙為原子晶體，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；晶體中C原子與4個N原子成鍵，N原子與3個C原子成鍵，并用1個孤電子對，都為sp³雜化；
故答案為：原子晶體；sp³；C-N鍵的鍵長小于C-C鍵，鍵能大于C-C鍵．

點評 題考查較為綜合，涉及電子式、電子排布式的書寫、氫鍵、晶胞的計算及晶體的性質，題目難度中等，本題易錯點為（4），注意雜化類型的判斷．