Question

17．X、Y、Z、W、Q、R均為前四周期元素，且原子序數依次增大．X元素的原子的半徑在所有原子半徑中最小，Y元素的基態原子中電子分布在三個不同的能級中，且每個能級中的電子總數相同，Z元素的氣態氫化物與其最高價氧化物對應的水化物能發生化合反應，W元素的族序數是其周期數的三倍，Q為前四周期中電負性最小的元素，R元素的原子核外共有11個軌道中有成對電子．
請回答下列問題：（用具體的化學用語回答）
（1）Y元素的基態原子的電子排布式為1s²2s²2p²，Z與W元素原子第一電離能較大的是N，R元素在周期表中屬于d區．
（2）XYZ的電子式為，其中Y原子的雜化方式是sp，ZW₃^-的空間構型為平面三角形．
（3）X、Y、W、Q四種元素中任意三種元素可形成兩種化合物甲和乙，且兩種水溶液均呈堿性，甲能促進水的電離，乙能抑制水的電離，則甲的水溶液中離子濃度由大到小的順序為c（K⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c （HCO₃^-）＞c（H⁺）；室溫下，若甲和乙的水溶液的pH都為11，則兩溶液中水電離的c（OH^-）之比為（甲：乙）10⁸：1．
（4）ZX₃與氧氣在NaOH溶液條件下可構成高能燃料電池，生成的產物對環境無污染，該電池的負極反應為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．
（5）RW₄^2-具有強氧化性，在稀硫酸溶液中劇烈反應，得到一種無色氣體和黃色溶液，該反應的離子方程式是4FeO₄^2-+20 H⁺=4Fe³⁺+3O₂↑+10H₂O．

Answer 1

分析 X、Y、Z、W、Q、R均為前四周期元素，且原子序數依次增大．X元素的原子的半徑在所有原子半徑中最小，則X為H元素；Y元素的基態原子中電子分布在三個不同的能級中，且每個能級中的電子總數相同，原子核外電子排布為1s²2s²2p²，故Y為C元素；Z元素的氣態氫化物與其最高價氧化物對應的水化物能發生化合反應，則Z為N元素；W元素的族序數是其周期數的三倍，原子只能處于第二周期，故W為O元素；Q為前四周期中電負性最小的元素，則Q為Na；R元素的原子核外共有11個軌道中有成對電子，核外電子排布為1s²2s²2p⁶3s²3p²3d⁶4s²，則R為Fe，據此解答．

解答 解：X、Y、Z、W、Q、R均為前四周期元素，且原子序數依次增大．X元素的原子的半徑在所有原子半徑中最小，則X為H元素；Y元素的基態原子中電子分布在三個不同的能級中，且每個能級中的電子總數相同，原子核外電子排布為1s²2s²2p²，故Y為C元素；Z元素的氣態氫化物與其最高價氧化物對應的水化物能發生化合反應，則Z為N元素；W元素的族序數是其周期數的三倍，原子只能處于第二周期，故W為O元素；Q為前四周期中電負性最小的元素，則Q為Na；R元素的原子核外共有11個軌道中有成對電子，核外電子排布為1s²2s²2p⁶3s²3p²3d⁶4s²，則R為Fe．
（1）Y元素的基態原子中電子分布在三個不同的能級中，且每個能級中的電子總數相同，原子核外電子排布為1s²2s²2p²；Z為N元素、W為O元素，N元素原子2p能級容納3個電子，為半滿穩定狀態，能量較低，第一電離能高于氧元素；R為Fe元素，在周期表中位置屬于d區，
故答案為：1s²2s²2p²；N；d；
（2）XYZ為HCN，電子式為，其中C原子的雜化方式是sp雜化，NO₃^-中N原子孤電子對數為$\frac{5+1-2×3}{2}$=0，價層電子對數為3+0=3，其空間構型為：平面三角形，
故答案為：；sp；平面三角形；
（3）H、C、O、Na四種元素中任意三種元素可形成兩種化合物甲和乙，且兩種水溶液均呈堿性，甲能促進水的電離，乙能抑制水的電離，則甲為Na₂CO₃等、乙為NaOH，
Na₂CO₃的水溶液中碳酸根水解，溶液呈堿性，溶液中氫氧根離子源于碳酸根水解與水的電離，故c（OH^-）＞c （HCO₃^-），則溶液中離子濃度由大到小的順序為：c（K⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c （HCO₃^-）＞c（H⁺）；
室溫下，若甲和乙的水溶液的pH都為11，碳酸鈉溶液中氫氧根離子全部源于水，則甲溶液中水電離的c（OH^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-11}}$=10^-3mol/L，氫氧化鈉反應中水電離的氫氧根離子等于溶液中氫離子濃度，故氫氧化鈉溶液中水電離的c（OH^-）=10^-11mol/L，則兩溶液中水電離的c（OH^-）之比為10^-3mol/L：10^-11mol/L=10⁸：1，
故答案為：c（K⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c （HCO₃^-）＞c（H⁺）；10⁸：1；
（4）NH₃與氧氣在NaOH溶液條件下可構成高能燃料電池，生成的產物對環境無污染，即正反應生成氮氣與水，負極發生氧化反應，氨氣再負極失去電子，進行條件下生成氮氣與水，該電池的負極反應為：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，
故答案為：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O；
（5）FeO₄^2-具有強氧化性，在稀硫酸溶液中劇烈反應，得到一種無色氣體和黃色溶液，反應生成鐵離子與氧氣，該反應的離子方程式是：4FeO₄^2-+20 H⁺=4Fe³⁺+3O₂↑+10H₂O，
故答案為：4FeO₄^2-+20 H⁺=4Fe³⁺+3O₂↑+10H₂O．

點評 本題考查結構性質位置關系應用，涉及核外電子排布、電子式、雜化方式與微粒構型判斷、電離能、鹽類水解、原電池、氧化還原反應等，是對學生綜合能力的考查，難度中等．