Question

3．前四周期元素X、Y、Z、Q、R、W的原子序數依次增大．X基態原子的2p軌道為半充滿狀態；Y基態原子的L層有2個未成對電子；Z基態原子的最外層電子排布為3s²3p²；Q、R、W都屬于金屬元素，Q、W基態原子核外均沒有未成對電子，R基態原子的d軌道上有3個空軌道．
請回答下列問題：
（1）R基態原子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s．上述六種元素中，屬于ds區的元素符號是Zn；
（2）含有16個中子的Z的核素符號為³⁰₁₄Si．X、Y、Z元素原子中第一電離能由高到低的順序是N＞O＞Si．
（3）XY₃^-的離子空間構型為平面三角形，與該離子互為等電子體的一種分子是SO₃．
（4）X、Y分別與氫元素形成的最簡單氫化物分子中，后者的鍵角小于前者的原因是NH₃、H₂O的中心原子雜化方式相同，由于氨分子存在一對孤電子對，水分子存在兩對孤電子對，水分子中孤電子對對成鍵電子排斥力更強，所以水分子的鍵角比氨分子的鍵角小．
（5）Y、Q、R三種元素形成的某種化合物的如圖所示，該化合物的化學式為CaTiO₃．若Y與最近的R的距離為a cm，阿伏加德常數的值為N_A，則計算此晶體的密度表達式為$\frac{136}{（\sqrt{2}a）^{3}×{N}_{A}}$g/cm³（不必化簡）．

Answer 1

分析 前四周期元素X、Y、Z、Q、R、W的原子序數依次增大．X基態原子的2p軌道為半充滿狀態，原子核外電子排布式為1s²2s²2p³，故X為N元素；Y基態原子的L層有2個未成對電子，原子序數大于N，則Y原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁴，故Y為O元素；Z基態原子的最外層電子排布為3s²3p²，則Z為Si；Q、R、W都屬于金屬元素，只能處于第四周期，其中R基態原子的d軌道上有3個空軌道，其原子外圍電子排布式為3d²4s²，則R為Ti，Q、W基態原子核外均沒有未成對電子，Q原子序數小于Ti，則Q為Ca，W外圍電子排布式為3d¹⁰4s²，則W為Zn，據此解答．

解答 解：前四周期元素X、Y、Z、Q、R、W的原子序數依次增大．X基態原子的2p軌道為半充滿狀態，原子核外電子排布式為1s²2s²2p³，故X為N元素；Y基態原子的L層有2個未成對電子，原子序數大于N，則Y原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁴，故Y為O元素；Z基態原子的最外層電子排布為3s²3p²，則Z為Si；Q、R、W都屬于金屬元素，只能處于第四周期，其中R基態原子的d軌道上有3個空軌道，其原子外圍電子排布式為3d²4s²，則R為Ti，Q、W基態原子核外均沒有未成對電子，Q原子序數小于Ti，則Q為Ca，W外圍電子排布式為3d¹⁰4s²，則W為Zn．
（1）R基態原子的d軌道上有3個空軌道，基態原子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s，上述六種元素中，屬于ds區的元素符號是Zn，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s；Zn；
（2）含有16個中子的Si的核素符號為³⁰₁₄Si，同周期隨原子序數增大第一電離能呈增大趨勢，同主族自上而下第一電離能減小，氮元素原子2p能級為半滿穩定狀態，第一電離能高于氧元素的，故第一電離能：N＞O＞Si，
故答案為：³⁰₁₄Si；N＞O＞Si；
（3）NO₃^-中N原子孤電子對數=$\frac{5+1-2×3}{2}$=0、價層電子對數=3+0=3，故離子空間構型為平面三角形，與該離子互為等電子體的一種分子是SO₃等，
故答案為：平面三角形；SO₃等；
（4）X、Y分別與氫元素形成的最簡單氫化物分別為NH₃、H₂O，NH₃、H₂O的中心原子雜化方式相同，由于氨分子存在一對孤電子對，水分子存在兩對孤電子對，水分子中孤電子對對成鍵電子排斥力更強，所以水分子的鍵角比氨分子的鍵角小，
故答案為：NH₃、H₂O的中心原子雜化方式相同，由于氨分子存在一對孤電子對，水分子存在兩對孤電子對，水分子中孤電子對對成鍵電子排斥力更強，所以水分子的鍵角比氨分子的鍵角小；
（5）晶胞中Ti原子位于頂點，Ti數目為8×$\frac{1}{8}$=1，O原子為位于面心，O原子數目為6×$\frac{1}{2}$=3，Ca原子為體心，Ca數目為1，故該化合物的化學式為CaTiO₃，晶胞質量為$\frac{136}{{N}_{A}}$g，Y與最近的R的距離為a cm，則晶胞邊長為2a cm×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=$\sqrt{2}$a cm，晶體的密度為$\frac{136}{{N}_{A}}$g÷（$\sqrt{2}$a cm）³=$\frac{136}{（\sqrt{2}a）^{3}×{N}_{A}}$g/cm³，
故答案為：CaTiO₃；$\frac{136}{（\sqrt{2}a）^{3}×{N}_{A}}$．

點評 本題是對物質結構與性質的考查，涉及核外電子排布、元素周期表、電離能、空間構型、等電子體、價層電子對互斥理論、晶胞計算等，推斷元素是解題關鍵，注意利用均攤法進行晶胞有關計算，難度中等．