Question

12．四種常見元素的相關信息如下表所示，請回答下列問題：

元素	X	Y	Z	W
相關信息	短周期p區元素，有種單質常作電極材料	基態原子2p能級上各軌道中均有電子且電子的自旋方向相同	基態原子的核外電子共有17種運動狀態	位于第四周期第VA族

（1）W的基態原子的價電子排布式為4s²4p³，Z、W兩種元素的第一電離能的大小關系為Cl＞As（用元素符號表示）．
（2）Z能與X、Y、W形成XZ₄、YZ₃、WZ₃、WZ₅等化合物，其中中心原子雜化方式為sp³的分子是CCl₄、NCl₃、AsCl₃（填化學式，下同），分子構型為正四面體的是CCl₄．
（3）Y、Z及氫、鉑元素可組成為Pt（YH₃）₂Z₂的配合物，該配合物存在兩種不同的結構：一種為淡黃色（Q），不具有抗癌作用，在水中的溶解度小；另一種為黃綠色（P），具有抗癌作用，在水中的溶解度較大．
①Q是非極性分子（填“極性”或“非極性”）．
②P分子的結構簡式為（YH₃作為一個整體寫）
（4）X的一種單質分子（N）的球棍模型如圖1所示，該分子中每個X原子均形成了穩定的8電子結構，則分子中σ鍵與π鍵數目之比為3：1．一定條件下含N_A個X原子的N與足量氫氣發生加成反應時，消耗1gH₂
（5）W與鎵的化合物（GaW）是一種半導體材料，其晶胞結構如圖2所示，鎵原子的配位數是4，該晶胞的密度為ρg•cm^-3，則該晶胞的邊長為$\root{3}{\frac{580}{ρ•{N}_{A}}}$cm（用含N_A、ρ的代數式表示）．
        
               圖1                圖2．

Answer 1

分析 X為短周期p區元素，有種單質常作電極材料，則X為C元素；Y的基態原子2p能級上各軌道中均有電子且電子的自旋方向相同，則Y的2p軌道含有3個電子，為N元素；Z基態原子的核外電子共有17種運動狀態，其原子的核外電子總數17，則Z為Cl元素；W位于第四周期第V_A族，則W為As元素，據此結合元素周期律知識進行解答．

解答 解：X為短周期p區元素，有種單質常作電極材料，則X為C元素；Y的基態原子2p能級上各軌道中均有電子且電子的自旋方向相同，則Y的2p軌道含有3個電子，為N元素；Z基態原子的核外電子共有17種運動狀態，其原子的核外電子總數17，則Z為Cl元素；W位于第四周期第V_A族，則W為As元素，
（1）As是35號元素，屬于主族元素，其最外層電子就是其價電子，所以As基態原子的價電子排布式：4s²4p³；Cl的非金屬性大于As，則第一電離能大小為：Cl＞As，
故答案為：4s²4p³；Cl＞As；
（2）Cl能與C、N、As形成CCl₄、NCl₃、AsCl₃、AsCl₅等化合物，其中CCl₄形成4個C-Clσ鍵鍵，NCl₃、AsCl₃中含有3個σ鍵和1對孤電子對，所以它們的中心原子的雜化方式為sp³，而AsCl₅中As含有5個As-Cl鍵，不是sp³雜化；其中NCl₃、AsCl₃為V形，分子構型為正四面體的為CCl₄，
故答案為：CCl₄、NCl₃、AsCl₃；CCl₄；
（3）①Pt（YH₃）₂Z₂為PtCl₂（NH₃）₂，根據相似相溶原理，因為淡黃色固體Q，較難溶于極性溶劑水，則Q為非金屬性分子，
故答案為：非極性分子；
②通過相似相溶原理可知兩種固體一種為極性分子，另一種為非極性分子，若PtCl₂（NH₃）₂為四面體結構，只能為極性分子，故只能為平面正方形結構，黃綠色（P）在水中的溶解度較大，則P為極性分子，其結構簡式為：，
故答案為：；
（4）X為C元素，每個原子最外層都滿足8電子穩定結構，根據圖示可知，每個C原子形成了3個鍵，則每個C形成的這3個鍵中，必然有1個雙鍵，這樣每個C原子最外層才滿足8電子穩定結構，雙鍵數應該是C原子數的一半，而雙鍵中有1個σ鍵、1個π鍵，所以分子中σ鍵與π鍵數目之比為3：1；
一定條件下含N_A個C原子的N中含有C原子的物質的量為：$\frac{N}{{N}_{A}}$mol=1mol，含有碳碳雙鍵的數目為：1mol×$\frac{1}{2}$=0.5mol，0.5mol碳碳雙鍵完全反應消耗0.5mol氫氣，消耗氫氣的質量為：2g/mol×0.5mol=1g，
故答案為：3：1；1；
（5）根據化學式GaAs可知，晶胞中Ga和As的配位數相同，根據圖示可知，每個As連接了4個Ga，則Ga和As的配位數都是4；Ga原子位于立方體的頂點和面心，每個晶胞中含有Ga數目為：8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，則同時含有4個As；每個晶胞的質量為：4×$\frac{145}{{N}_{A}}$g=$\frac{580}{{N}_{A}}$g，該晶胞的密度為ρg•cm^-3，則該晶胞的體積為：V=$\frac{\frac{580}{{N}_{A}}g}{ρg•c{m}^{-3}}$=$\frac{580}{ρ•{N}_{A}}$cm³，所以該晶胞的邊長為：$\root{3}{\frac{580}{ρ•{N}_{A}}}$，
故答案：4；$\root{3}{\frac{580}{ρ•{N}_{A}}}$．

點評 本題考查了位置、結構與性質關系的綜合應用，題目難度較大，注意掌握原子結構與元素周期律、元素周期表的關系，（5）為難點，注意掌握晶胞中密度、邊長的計算方法．