Question

15．已知X、Y、Z、W、K五種元素均位于周期表的前四周期，且原子序數依次增大．元素X是周期表中原子半徑最小的元素；Y的基態原子中電子占據了三種能量不同的原子軌道，且這三種軌道中的電子數相同；W位于第2周期，其原子的核外成對電子數是未成對電子數的3倍；K位于ds區且原子的最外層電子數與X的相同．
請回答下列問題：（答題時，X、Y、Z、W、K用所對應的元素符號表示）
（1）Y、Z、W元素的第一電離能由大到小的順序是N＞O＞C．
（2）K的外圍電子排布式是3d¹⁰4s¹．
（3）Y、Z元素的某種氫化物的分子中均含有18個電子，則該Y、Z的氫化物的沸點相差較大的主要原因是N₂H₄分子之間存在氫鍵，C₂H₆分子之間無氫鍵．
（4）若X、Y、W形成的某化合物（相對分子質量為46）呈酸性，則1mol該分子中含有4mol  σ鍵．
（5）Z、K兩元素形成的某化合物的晶胞結構如圖所示，則該化合物的化學式是Cu₃N，Z原子的配位數是6．

Answer 1

分析 X、Y、Z、W、K五種元素均位于周期表的前四周期，且原子序數依次增大．元素X是周期表中原子半徑最小的元素，則X為H元素；Y的基態原子中電子占據了三種能量不同的原子軌道，且這三種軌道中的電子數相同，原子核外電子排布為1s²2s²2p²，則Y為碳元素；W位于第2周期，其原子核外成對電子數是未成對電子數的3倍，原子核外電子排布為1s²2s²2p⁴，則W為O元素；Z的原子序數介于碳、氧之間，故Z為N元素；K位于ds區，且原子的最外層電子數與X的相同，則K為Cu，據此解答．

解答 解：X、Y、Z、W、K五種元素均位于周期表的前四周期，且原子序數依次增大．元素X是周期表中原子半徑最小的元素，則X為H元素；Y的基態原子中電子占據了三種能量不同的原子軌道，且這三種軌道中的電子數相同，原子核外電子排布為1s²2s²2p²，則Y為碳元素；W位于第2周期，其原子核外成對電子數是未成對電子數的3倍，原子核外電子排布為1s²2s²2p⁴，則W為O元素；Z的原子序數介于碳、氧之間，故Z為N元素；K位于ds區，且原子的最外層電子數與X的相同，則K為Cu．
（1）同周期隨原子序數增大，元素第一電離能呈增大趨勢，但N元素2p能級為半滿穩定狀態，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素，故第一電離能N＞O＞C，
故答案為：N＞O＞C；
（2）K為Cu元素，電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，價電子排布式是3d¹⁰4s¹，故答案為：3d¹⁰4s¹；
（3）C、N兩元素均可形成含18個電子氫化物分子，其氫化物分子分別為C₂H₆、N₂H₄，N₂H₄分子之間存在氫鍵，C₂H₆分子之間無氫鍵，二者沸點相差較大，
故答案為：N₂H₄分子之間存在氫鍵，C₂H₆分子之間無氫鍵；
（4）若H、C、O形成的某化合物（相對分子質量為46）呈酸性，該化合物為HCOOH，結構式為，則1mol該分子中含有4mol σ鍵，故答案為：4；
（5）根據晶胞結構圖可知，晶胞中黑色球數為：12×$\frac{1}{4}$=3，白色球數為：8×$\frac{1}{8}$=1，原子個數比為3：1，結合銅元素和氮元素的化合價可知黑色球為銅，白色球為氮，化學式為：Cu₃N，根據晶胞的結構可知，每個氮原子周圍有6個銅原子與之相連，所以氮原子的配位數為6，
故答案為：Cu₃N；6．

點評 本題是對物質結構的考查，推斷元素是解題關鍵，涉及核外電子排布、電離能、氫鍵、化學鍵、晶胞計算等，是對學生綜合能力的考查．