Question

3．前四周期元素X、Y、Z、W、R的原子序數依次增大，已知：X原子的2p軌道為半充滿狀態；Y原子的L層有2個未成對電子；Z與Y位于同主族；W的+2價簡單離子核外電子層排布與Ar原子相同；R原子的d軌道上有3個空軌道．請回答下列問題：
（1）R原子的基態電子排布式為[Ar]3d²4s²．
（2）X、Y原子的第一電離能大小順序為N＞O．（用元素符號表示）
（3）X的常見單質分子結構中σ鍵數目為1．
（4）Z的最高價氧化物對應水化物的酸根離子空間構型為正四面體，中心原子的雜化軌道類型為sp³．
（5）下列分子即不存在s-pσ鍵，也不存在p-pπ鍵的是D．
A．HCl  B．HF  C．SO₂   D．SCl₂
（6）某礦物晶體由Y、W、R三種元素組成，其晶胞結構如圖所示．則該礦物的化學式為CaTiO₃，若已知該晶胞的邊長為acm，則該晶胞的密度為$\frac{136}{{a}^{3}{N}_{A}}$g/cm³．（用含a、N_A的代數式表示）

Answer 1

分析 前四周期元素X、Y、Z、W、R的原子序數依次增大，X原子的2p軌道為半充滿狀態，則X為N元素，Z與Y位于同主族，Y原子的L層有2個未成對電子，則Y為O元素，Z為S元素；W的+2價簡單離子核外電子層排布與Ar原子相同，則W為Ca元素，R原子的d軌道上有3個空軌道，外圍電子排布為3d²4s²，則R為Ti．
（1）根據原子排布構造原理書寫；
（2）同周期元素第一電離能自左向右逐漸增大，但是N原子的2P軌道半充滿，屬于穩定結構，第一電離能大于O原子的；
（3）氮氣分子中N原子之間形成N≡N三鍵，三鍵含有1個σ鍵，2個π鍵；
（4）Z為S元素，最高價氧化物對應水化物的酸根離子為SO₄^2-，計算S原子價層電子對數、孤電子對數，判斷雜化方式和空間構型；
（5）HCl、HF分子中存在s-pσ鍵，SO₂中含有雙鍵，存在p-pπ鍵，SCl₂中存在p-pσ鍵；
（6）利用均攤法計算化學式，根據密度公式計算密度．

解答 解：前四周期元素X、Y、Z、W、R的原子序數依次增大，X原子的2p軌道為半充滿狀態，則X為N元素，Z與Y位于同主族，Y原子的L層有2個未成對電子，則Y為O元素，Z為S元素；W的+2價簡單離子核外電子層排布與Ar原子相同，則W為Ca元素，R原子的d軌道上有3個空軌道，外圍電子排布為3d²4s²，則R為Ti．
（1）R為Ti，原子的基態電子排布式為[Ar]3d²4s²，故答案為：[Ar]3d²4s²；
（2）X、Y分別為N和O，由于N原子2P軌道半充滿，第一電離能大于O的，即原子的第一電離能大小順序為N＞O，故答案為：N＞O；
（3）X為N元素，常見單質分子中N原子之間形成N≡N三鍵，三鍵含有1個σ鍵，2個π鍵，故答案為：1；
（4）Z為S元素，最高價氧化物對應水化物的酸根離子為SO₄^2-，中心原子S電子對數為4+$\frac{6+2-2×4}{2}$=4，孤電子對數為0，SO₄^2-的空間構型為正四面體，S原子雜化數目為4，其雜化類型為sp³，故答案為：正四面體；sp³；
（5）A． HCl中存在s-pσ鍵，故錯誤；
B．HF中存在s-pσ鍵，故錯誤；
C．SO₂中含有雙鍵，存在p-pπ鍵，故錯誤；
D． SCl₂中S原子與Cl原子中形成單鍵，存在p-pσ鍵，故正確；
故選D；
（6）Y、W、R三種元素分別為O、Ca、Ti，O位于面心，O原子數目為6×$\frac{1}{2}$=3，Ca位于體心，Ca原子數目為1，Ti位于頂點，Ti原子數目為8×$\frac{1}{8}$=1，故化學式為CaTiO₃，晶胞質量為$\frac{40+48+16×3}{{N}_{A}}$g，該晶胞的邊長為a cm，則該晶胞的密度ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{40+48+16×3}{{N}_{A}}$g÷（a cm）³=$\frac{136}{{a}^{3}{N}_{A}}$g/cm³，故答案為：CaTiO₃；$\frac{136}{{a}^{3}{N}_{A}}$．

點評 本題是對物質結構的考查，涉及核外電子排布、電離能、雜化方式、空間構型、化學鍵、晶胞計算等，需要學生具備扎實的基礎，難度中等．