Question

1．X、Y、Z、R、M、Q為前四周期元素，且原子序數依次增大，YZ₂是紅棕色氣體；X與Y元素可形成YX₃；R⁺與Z^2-具有相同的核外電子排布；M^-的M層電子數是K層上電子的4倍；Q²⁺離子的3d軌道中有9個電子．
請回答下列問題：
（1）Q⁺基態的核外電子排布式是[Ar]3d¹⁰；YX₂^-離子的空間立體構型是V形；X₂Z中Z原子的雜化化學式為sp³．
（2）下列判斷錯誤的是
A．沸點：YH₃＞PH₃＞AsH₃   B．熔點：Si₃Y₄＞RM＞SiF₄
C．熔點：Q₂Z＞Q₂S        D．第一電離能：Y＞Z
（3）Q晶胞結構如圖1所示，Q晶體中每個Q原子周圍距離最近的Q原子數目為12；Q₂Z為半導體材料，在其立方晶胞內部有4個Z原子，其余Z原子位于面心和頂點，則該晶胞中有16個Q原子．
（4）Q、X、Y、Z四種元素形成一種二價陽離子如圖所示，該陽離子呈軸向狹長的八面體結構，則該陽離子的化學式為[Cu（NH₃）₄（H₂O）₂]²⁺．
（5）將Q單質的粉末加入YX₃的濃溶液中，通入Z₂，充分反應后溶液呈深藍色，該反應的離子方程式2Cu+8NH₃•H₂O+O₂=2[Cu（NH₃）₄]²⁺+4OH^-+6H₂O．
（6）QM（s）與Z₂反應生成QM₂（s）和一種黑色固體．在25℃、101KPa下，已知該反應每消耗1molQM（s），放出44.4kJ，該反應的熱化學方程式是4CuCl（s）+O₂（g）=2CuCl₂（s）+2CuO（s）△H=-177.6kJ/mol．

Answer 1

分析 YZ₂是紅棕色氣體，即二氧化氮為紅棕色氣體，故Y是N元素，Z是O元素；
X與Y元素可形成YX₃，且X的原子序數在此六種元素中最小，故X為H元素；
R⁺與Z^2-具有相同的核外電子排布，故R是Na元素；
M^-的M層電子數是K層上電子的4倍，故M為Cl元素；
Q²⁺離子的3d軌道中有9個電子，故Q是Cu元素，
（1）Q是銅，失去1個電子形成陽離子；價層電子對互斥理論確定分子空間構型；依據雜化理論計算；
（2）依據元素周期律知識解答即可；
（3）銅晶體中每個銅原子周圍距離最近的銅原子數目=3×8×$\frac{1}{2}$；根據O數目和Cu₂O中Cu和O的比例計算晶胞中Cu原子的數目；
（4）根據圖象知，陽離子的配位數是6，陽離子中含有共價鍵、配位鍵，氨分子個數是4、水分子個數是2；
（5）將Cu單質的粉末加入NH₃的濃溶液中，通入O₂，充分反應后溶液呈深藍色，說明得到四氨合銅絡離子，還應生成氫氧根離子與水；
（6）根據題干描述書寫化學方程式，注意焓變與物質的量的對應關系、注明各物質的狀態．

解答 解：YZ₂是紅棕色氣體，即二氧化氮為紅棕色氣體，故Y是N元素，Z是O元素；
X與Y元素可形成YX₃，且X的原子序數在此六種元素中最小，故X為H元素；
R⁺與Z^2-具有相同的核外電子排布，故R是Na元素；
M^-的M層電子數是K層上電子的4倍，故M為Cl元素；
Q²⁺離子的3d軌道中有9個電子，故Q是Cu元素，
（1）Q為Cu，Cu為29號元素，失去1個電子形成離子，故Cu⁺基態的核外電子排布式是：[Ar]3d¹⁰，YX₂^-是NH₂^-，NH₂^-離子中價層電子對個數=σ鍵個數+孤電子對個數=2+$\frac{1}{2}$（5-1×2+1）=2+2，即NH₂^-為V形，H₂O中價層電子對個數=2+$\frac{1}{2}$（6-2×1）=4，且含有2個孤電子對，所以H₂O的VSEPR模型為四面體，分子空間構型為V型，中心原子雜化方式為sp³，
故答案為：[Ar]3d¹⁰；V形；sp³；
（2）A、組成相似的同主族元素的氫化物，相對分子質量越大，沸點越高，但是由于氨氣中存在氫鍵，故氨氣的沸點最高，其次是砷化氫，故A錯誤；
B、一般原子晶體熔點高于離子晶體，離子晶體高于分子晶體，由于Si₃N₄是原子晶體，故熔點最高，SiF₄為分子晶體，故熔點最低，故B正確；
C、兩種化合物均屬于離子晶體，由于晶體中O^2-半徑小于S^2-，則Cu₂O的晶格能高于Cu₂S，即熔點高于后者，故C正確；
D、元素的非金屬性越強，其第一電離能越高，但是由于N元素的2p處于半充滿狀態，故第一電離能大于O，故D正確；
故選A；
（3）銅晶體中每個銅原子周圍距離最近的銅原子數目=3×8×$\frac{1}{2}$=12；該晶胞中O原子數為4×1+6×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{8}$=8，由Cu₂O中Cu和O的比例可知該晶胞中銅原子數為O原子數的2倍，即為16個，故答案為：12；16；
（4）這5種元素形成的一種1：1型離子化合物中，陰離子呈四面體結構，說明陰離子的中心原子價層電子對個數是4且不含孤電子對，為硫酸根離子，陽離子呈軸向狹長的八面體結構（如圖2所示），根據圖象知，陽離子的配位數是6，陽離子中含有共價鍵、配位鍵，氨分子個數是4、水分子個數是2，其化學式為[Cu（NH₃）₄（H₂O）₂]SO₄，故陽離子的化學式為：[Cu（NH₃）₄（H₂O）₂]²⁺，故答案為：[Cu（NH₃）₄（H₂O）₂]²⁺；
（5）將Cu單質的粉末加入NH₃的濃溶液中，通入O₂，充分反應后溶液呈深藍色，說明得到四氨合銅絡離子，還應生成氫氧根離子與水，該反應的離子方程式是2Cu+8NH₃•H₂O+O₂=2[Cu（NH₃）₄]²⁺+4OH^-+6H₂O，故答案為：2Cu+8NH₃•H₂O+O₂=2[Cu（NH₃）₄]²⁺+4OH^-+6H₂O；
（6）該反應每消耗1mol CuCl（s），放熱44.4kJ，消耗4mol CuCl（s），則放熱44.4kJ×4=177.6kJ，根據熱化學方程式的書寫方法，可以寫出該反應的熱化學方程式為4CuCl（s）+O₂（g）=2CuCl₂（s）+2CuO（s）△H=-177.6kJ/mol，故答案為：4CuCl（s）+O₂（g）=2CuCl₂（s）+2CuO（s）△H=-177.6kJ/mol．

點評 本題是對物質結構的考查，涉及核外電子排布、電離能、分子結構、配合物、晶胞計算等，推斷元素是解題關鍵，注意掌握中學常見配合物，難度較大．