Question

19．X、Y、Z、M、W是原子序數依次增大的前四周期元素，X元素原子核外有三個能級，各能級電子數相等，Y的單質在空氣中燃燒生成一種淡黃色的固體；Z元素原子的最外層電子數比次外層電子數少2，M原子外圍電子排布式為3dⁿ4sⁿ；W的內層電子已全充滿，最外層只有2個電子．請回答：
（1）X元素在周期表中的位置是第二周期ⅣA族；W²⁺離子的外圍電子排布式為3d¹⁰
（2）X 能與氫、氮、氧三種元素構成化合物 XO（NH₂）₂，其中X原子和N原子的雜化方式為分別為sp²、sp³，該化合物分子中的π鍵與σ鍵的個數之比是1：7；該物質易溶于水的主要原因是CO（NH₂）₂能與水分子間形成氫鍵．
（3）已知Be和Al元素處于周期表中對角線位置，化學性質相似，請寫出Y元素與Be的最高價氧化物的水化物相互反應的化學方程式Be（OH）₂+2NaOH═Na₂BeO₂+2H₂O
（4）M晶體的原子堆積方式為六方堆積（如圖1所示），則晶體中M原子配位數是12．某M配合物化學式是[M（H₂O）₅Cl]Cl₂•H₂O，1mol該配合物中含配位鍵的數目是6×6.02×10²³．

（5）X 的某種晶體為層狀結構，可與熔融金屬鉀作用．鉀原子填充在各層之間，形成間隙化合物，其常見結構的平面投影如圖2所示，則其化學式可表示為KC₈．
（6）Y離子和Z離子比較，半徑較大的是S^2-（寫離子符號），元素Y與元素Z形成的晶體的晶胞結構是如圖3所示的正方體，設晶胞中最近的兩個Z離子的距離為a cm，該化合物的摩爾質量為bg/mol，則該晶胞密度的計算式為4×$\frac{bg/mol}{{N}_{A}mo{l}^{-1}}$÷（$\sqrt{2}$a cm）³．（只要求列算式，不必計算出數值，阿伏伽德羅常數用N_A表示）．

Answer 1

分析 X、Y、Z、W是元素周期表前四周期中常見的元素，X的基態原子核外的三個能級上電子數相等，原子核外電子排布為1s²2s²2p²，則X為C元素；Y的單質在空氣中燃燒生成一種淡黃色的固體，則Y為Na元素，淡黃色固體是Na₂O₂；Z元素原子的最外層電子數比次外層電子數少2個，原子只能有3個電子層，最外層電子數為6，故Z為S元素；M原子外圍電子排布式為3dⁿ4sⁿ，由于4s能級最大容納2個電子，且3d能級容納電子，故n=2，則M為Ti；W的內層電子已全充滿，最外層只有2個電子，原子序數大于硫，只能處于第四周期，原子核外電子數為2+8+18+2=30，故W為Zn，據此解答．

解答 解：X、Y、Z、W是元素周期表前四周期中常見的元素，X的基態原子核外的三個能級上電子數相等，原子核外電子排布為1s²2s²2p²，則X為C元素；Y的單質在空氣中燃燒生成一種淡黃色的固體，則Y為Na元素，淡黃色固體是Na₂O₂；Z元素原子的最外層電子數比次外層電子數少2個，原子只能有3個電子層，最外層電子數為6，故Z為S元素；M原子外圍電子排布式為3dⁿ4sⁿ，由于4s能級最大容納2個電子，且3d能級容納電子，故n=2，則M為Ti；W的內層電子已全充滿，最外層只有2個電子，原子序數大于硫，只能處于第四周期，原子核外電子數為2+8+18+2=30，故W為Zn．
（1）X為C元素，C原子核外有2個電子層、最外層有4個電子，所以處于周期表中第二周期ⅣA族，Zn²⁺離子的外圍電子排布式為3d¹⁰，
故答案為：第二周期ⅣA族；3d¹⁰；
（2）碳能與氫、氮、氧三種元素構成化合物 CO（NH₂）₂，分子中C與O形成C=O雙鍵，C原子與N原子形成C-N單鍵，N原子與H原子之間形成N-H單鍵，分子中C原子成3個σ鍵，沒有孤電子對，故C原子采取sp²雜化，N原子成3個σ鍵、有1對孤電子對，故N原子采取sp³雜化，該化合物分子中有1個π鍵、7個σ鍵，π鍵與σ鍵數目之比為1：7，CO（NH₂）₂能與水分子間形成氫鍵，該物質易溶于水，
故答案為：sp²；sp³；CO（NH₂）₂能與水分子間形成氫鍵；
（3）Be和Al元素處于周期表中對角線位置，化學性質相似，則Be（OH）₂與NaOH反應生成Na₂BeO₂與H₂O，故反應方程式為：Be（OH）₂+2NaOH═Na₂BeO₂+2H₂O，
故答案為：Be（OH）₂+2NaOH═Na₂BeO₂+2H₂O；
（4）M晶體的原子堆積方式為圖1所示，為六方密堆積，以軸線原子研究，層內有6個原子相鄰、上、下兩層各有3個原子與之相鄰，故配位數為12，某M配合物化學式是[M（H₂O）₅Cl]Cl₂•H₂O，M離子與H₂O、Cl^-形成配位鍵，1mol該配合物中含配位鍵為6mol，含有配位鍵的數目是6×6.02×10²³，
故答案為：12；6×6.02×10²³；
（5）可以取三個鉀原子形成的小三角形為計算單位，其完全占有的碳原子數是4，占有的鉀原子數為$\frac{1}{6}$×3=$\frac{1}{2}$，故碳原子數和鉀原子數之比是4：$\frac{1}{2}$=8：1，X的某種晶則其化學式時表示為KC₈，
故答案為：KC₈；
（6）S^2-離子比Na⁺離子多一個電子層，故離子半徑：S^2-＞Na⁺；
晶胞中黑色球數目為8，白色球數目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，故化學式為Na₂S，黑色球為Na⁺、白色球為S^2-，晶胞質量為4×$\frac{bg/mol}{{N}_{A}mo{l}^{-1}}$，設晶胞中最近的兩個S^2-離子的距離為a cm，面對角線上的3個S^2-離子中相鄰個離子之間距離最近，晶胞棱長為2a cm×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=$\sqrt{2}$a cm，故晶胞密度為4×$\frac{bg/mol}{{N}_{A}mo{l}^{-1}}$÷（$\sqrt{2}$a cm）³，
故答案為：S^2-；4×$\frac{bg/mol}{{N}_{A}mo{l}^{-1}}$÷（$\sqrt{2}$a cm）³．

點評 本題是對物質結構的考查，涉及核外電子排布、雜化方式、氫鍵、配合物、晶胞結構及計算，側重對晶胞計算的考查，對學生的空間想象與數學計算有一定的要求，難度中等．