Question

12．有X、Y、Z、W、P、Q六種前兩周期的主族元素，原子序數依次增大，價電子數之和為26，原子半徑依Y、Z、W、P、Q、X依次減小．圍繞上述元素，回答下列問題：
（1）Q的電子排布圖為，YQ₃中心原子的雜化類型為sp²，Z與Q兩元素第一電離能的大小關系：Z＜Q（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）X₂P和ZP₂固態時均為分子晶體，但熔點X₂P比ZP₂高得多，原因是H₂O分子存在分子間氫鍵．
（3）固體A是離子晶體，結構類似于CsCl，組成中含W的質量分數為73.7%，它的所有原子的最外層都符合相應的稀有氣體原子的最外層電子結構，該物質適當加熱就分解成兩種單質氣體．該物質的電子式，其與水反應的化學方程式為NH₄H+H₂O=NH₃•H₂O+H₂↑．
（4）Z單質有三類異形體，其中一種骨架型原子晶體的立方晶胞如圖，計算晶體中Z原子的空間利用率為33.99%（$\sqrt{2}$=1.41，$\sqrt{3}$=1.73）．

Answer 1

分析 有X、Y、Z、W、P、Q六種前兩周期的主族元素，由原子序數X＜Y，原子半徑X＜Y，可知X只能處于第一周期，其余元素處于第二周期，故X為H元素；Y、Z、W、P、Q原子序數依次增大，原子半徑依Y、Z、W、P、Q依次減小，則最外層電子數依次增大，它們最外層電子數之和為26-1=25，最外層電子數只能分別為3、4、5、6、7，故Y為B、Z為C、W為N、P為O、Q為F；
（1）Q是F元素，根據核外電子排布畫出其電子排布式；根據價層電子對互斥理論判斷BF₃中心原子B原子雜化方式；Z是C元素、Q是F元素，同一周期元素，元素第一電離能隨著原子序數增大而呈增大趨勢，但第IIA族、第VA族元素第一電離能大于其相鄰元素；
（2）氫鍵導致物質的熔沸點升高；
（3）固體A是離子晶體，結構類似于CsCl，組成中含N的質量分數為73.7%，它的所有原子的最外層都符合相應的稀有氣體原子的最外層電子結構，該物質適當加熱就分解成兩種單質氣體，該物質為NH₄H，與水反應生成氫氣與一水合氨；
（4）該晶胞中C原子個數=4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，設C原子半徑為xcm，則C原子總體積=8×$\frac{4}{3}π$x³cm³，設正六面體棱長為ycm，其體線長=$\sqrt{3}$ycm，距離最近的C原子之間距離為2xcm，這兩個碳原子之間的距離等于正六面體體長的$\frac{1}{4}$，所以2xcm=$\frac{\sqrt{3}}{4}y$cm，晶胞體積=y³cm³，空間利用率=$\frac{原子總體積}{晶胞體積}×100%$．

解答 解：有X、Y、Z、W、P、Q六種前兩周期的主族元素，由原子序數X＜Y，原子半徑X＜Y，可知X只能處于第一周期，其余元素處于第二周期，故X為H元素；Y、Z、W、P、Q原子序數依次增大，原子半徑依Y、Z、W、P、Q依次減小，則最外層電子數依次增大，它們最外層電子數之和為26-1=25，最外層電子數只能分別為3、4、5、6、7，故Y為B、Z為C、W為N、P為O、Q為F．
（1）Q為F元素，其電子排布圖為，BF₃中心原子B原子價層電子對數為3+$\frac{1}{2}$（3-1×3）=3，故B原子采取sp²雜化；同一周期元素，元素第一電離能隨著原子序數增大而呈增大趨勢，但第IIA族、第VA族元素第一電離能大于其相鄰元素，所以第一電離能C＜F，
故答案為：；sp²雜化；＜；
（2）H₂O和CO₂固態時均為分子晶體，但H₂O分子存在分子間氫鍵，熔點H₂O比CO₂高得多，
故答案為：H₂O分子存在分子間氫鍵；
（3）固體A是離子晶體，結構類似于CsCl，組成中含N的質量分數為73.7%，它的所有原子的最外層都符合相應的稀有氣體原子的最外層電子結構，該物質適當加熱就分解成兩種單質氣體，該物質為NH₄H，該物質的電子式為，其與水反應的化學方程式為NH₄H+H₂O=NH₃•H₂O+H₂↑，
故答案為：；NH₄H+H₂O=NH₃•H₂O+H₂↑；
（4）該晶胞中C原子個數=4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，設C原子半徑為xcm，則C原子總體積=8×$\frac{4}{3}π$x³cm³，設正六面體棱長為ycm，其體線長=$\sqrt{3}$ycm，距離最近的C原子之間距離為2xcm，這兩個碳原子之間的距離等于正六面體體長的$\frac{1}{4}$，所以2xcm=$\frac{\sqrt{3}}{4}y$cm，所以$\frac{x}{y}$=$\frac{\sqrt{3}}{8}$，晶胞體積=y³cm³，空間利用率=$\frac{原子總體積}{晶胞體積}×100%$=$\frac{8×\frac{4}{3}×π×{x}^{3}}{{y}^{3}}$×100%=8×$\frac{4}{3}$×π×（$\frac{\sqrt{3}}{8}$）³×100%=33.99%，故答案為：33.99%．

點評 本題考查物質結構和性質，涉及晶胞計算、電子式的書寫、原子雜化方式判斷、氫鍵等知識點，綜合性較強，難點是晶胞計算，明確晶胞中距離最近的兩個碳原子之間距離與晶胞體長關系是解本題關鍵，同時考查學生計算及空間想象能力，題目難度中等．