Question

16．W、Y、Z、Q、R是周期表中前四周期的元素，且原子序數依次增大．基態W的原子核外有2個未成對電子，Q是電負性最大的元素，基態R的原子核外未成對電子數是W原子核外未成對電子數的2倍．請問答下列問題（答題時，W、Y、Z、Q、R用所對應的元素符號表示）：
（1）W、Y、Z三種元素的第一電離能由大到小的順序為N＞O＞C；一種由Y、Z元素組成的化合物與WZ₂互為等電子體，其分子式為N₂O．
（2）已知Y₂Q₂分子存在如圖所示的兩種結構（球棍模型，短線不一定代表單鍵），該分子中Y原子的雜化方式是sp²雜化．
（3）W₂^2-的電子式為，基態R原子的價電子排布式為2s²2p⁴．
（4）YQ₃分子的空間構型為三角錐形，Y和Q兩元素的簡單氫化物的沸點較高的是HF（寫分子式）．往硫酸銅溶液中通入過量的YH₃（H代表氫元素），可生成配離子²⁺，但YQ₃不易與Cu²⁺形成配離子，其原因是由于電負性F＞N＞H，NF₃分子中共用電子對偏向F原子，使得N原子上的孤對電子難與Cu²⁺形成配合物．
（5）科學家通過X射線探明RZ的晶體結構與NaCl相似，在RZ晶體中距離R²⁺最近且等距離的R²⁺有12個．若在RZ晶體中陰陽離子間最近距離為a pm，晶體密度為ρ g•cm^-3，則阿伏加德羅常數N_A的表達式為$\frac{36}{ρa{\;}^{3}}$×10³⁰mol^-1．

Answer 1

分析 W、Y、Z、Q、R是周期表中前四周期的元素，且原子序數依次增大．Q是電負性最大的元素，則Q為F元素；W原子核外有2個未成對電子，原子序數小于F且相差至少為3，處于第二周期，W核外電子排布為1s²2s²2p²，則W為C元素；結合原子序數可知，Y為N元素、Z為O元素；R元素的原子核外的未成對電子數是W原子核外未成對電子數的2倍，則R原子未成對電子數為4，則R處于第四周期，其原子核外電子排布為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，則R為Fe元素，據此解答．

解答 解：W、Y、Z、Q、R是周期表中前四周期的元素，且原子序數依次增大．Q是電負性最大的元素，則Q為F元素；W原子核外有2個未成對電子，原子序數小于F且相差至少為3，處于第二周期，W核外電子排布為1s²2s²2p²，則W為C元素；結合原子序數可知，Y為N元素、Z為O元素；R元素的原子核外的未成對電子數是W原子核外未成對電子數的2倍，則R原子未成對電子數為4，則R處于第四周期，其原子核外電子排布為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，則R為Fe元素，
（l）同周期自左而右元素第一電離能呈增大趨勢，但N元素的2p能級容納3個電子，處于半滿穩定狀態，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；在上述三種元素的原子中，與CO₂互為等電子體的分子式N₂O，
故答案為：N＞O＞C；N₂O；
（2）F原子成一個共價鍵，由模型可知：白色球表示F、黑色球表示N，N原子之間應成N=N雙鍵，N₂F₂分子中N原子價層電子對數=2+$\frac{5-1-2}{2}$=3，N原子采取sp²雜化，
故答案為：sp²；
（3）C₂^2-陰離子中C原子之間形成三對共用電子對，且都滿足8電子穩定結構，其電子式為，O原子最外層電子排布式為2s²2p⁴，
故答案為：；2s²2p⁴；
（4）NF₃分子中N原子價層電子對數=3+$\frac{5-1×3}{2}$=4，N原子含有1對孤對電子，故其空間構型為三角錐形；Y和Q兩元素的氫化物分別為NH₃、HF，由于電負性F＞N，故HF分子之間的氫鍵比NH₃分子之間的氫鍵更強，且HF的范德華力更強，故HF的沸點更高；由于電負性F＞N＞H，NF₃分子中共用電子對偏向F原子，使得N原子上的孤對電子難與Cu²⁺形成配合物，
故答案為：三角錐形；HF；由于電負性F＞N＞H，NF₃分子中共用電子對偏向F原子，使得N原子上的孤對電子難與Cu²⁺形成配合物；
（5）科學家通過X射線探明FeO的晶體結構與NaCl晶體結構相似．若以為Fe²⁺體心，在FeO晶體中距離Fe²⁺最近且等距離的Fe²⁺位于棱的中心上，故共有12個；FeO的晶體結構與NaCl的晶體結構相似，則一個晶胞中含有4個“FeO”，N_A個“FeO”的質量為72g，FeO晶體中陰陽離子間最近距離為a pm=a×10^-10 cm，則體積為（2a×10^-10  cm）³=8a³ ×10^-30  cm³，晶胞質量為8a³ ×10^-30 cm³×ρg/cm³=8ρa³×10^-30 g，所以$\frac{72g}{N{\;}_{A}}$×4=8×10^-30 ρa³g，故N_A=$\frac{36}{ρa{\;}^{3}}$×10³⁰，
故答案為：12；$\frac{36}{ρa{\;}^{3}}$×10³⁰．

點評 本題考查物質結構與性質，涉及核外電子排布規律、電離能、分子結構、雜化軌道、配合物、氫鍵、晶胞結構與計算等，難度較大，（5）為易錯點、難點，需要學生識記常見晶體的晶胞結構．