Question

6．按要求回答以下問題：
（1）X、Y、Z 是短周期非金屬元素，核電荷數依次增大．X原子外圍電子排布為ns²np²，Z是地殼中含量最多的元素．W、Q是第四周期元素，其中Q元素的核電荷數為29．W原子核外未成對電子數在同周期中最多．
①Y元素在周期表中的位置為第二周期VA族；其軌道表示式為．
②X、Y、Z元素的第一電離能由大到小的順序為N＞O＞C（用元素符號作答），X與Z形成三原子分子的電子式為（用相關的化學用語作答）．
③Y的氫化物沸點＜Z的氫化物的沸點（填“＞”“＜”或“=”）．
④基態W原子的外圍電子排布式為3d⁵4s¹．
⑤Q的氫化物的晶胞結構如圖1所示，其化學式是CuH．
（2）過渡元素在生活、生產和科技等方面有廣泛的用途．
①應用于合成氨反應的催化劑（鐵）的表面上存在氮原子，圖2為氮原子在鐵的晶面上的單層附著局部示意圖（圖中小黑色球代表氮原子，灰色球代表鐵原子）．則圖示鐵顆粒表面上氮原子與鐵原子的個數比為1：2．
②現代污水處理工藝中常利用聚合鐵{簡稱PFS，化學式為[Fe₂（OH）_n（SO₄）_3-n/2]_m，n＜5，m＜10}在水體中形成絮狀物，以吸附重金屬離子．下列說法中不正確的是D．（填序號）

元素	Mn	Fe
電離能
（kJ•mol-1）
I1	717	759
I2	1 509	1561
I3	3 248	2 957

A．PFS中鐵顯+3價
B．鐵原子的價電子排布式是3d⁶4s²
C．由FeSO₄溶液制PFS需經過氧化、水解和聚合的過程
D．由上表可知氣態Fe²⁺再失去一個電子比氣態Mn²⁺再失去一個電子難
③鉑（Pt）單質晶體中原子的堆積方式如下圖甲所示，其晶胞特征如圖乙所示，原子之間相互位置關系的平面圖如3-圖丙所示．晶胞中鉑（Pt）原子的配位數數為為12．

Answer 1

分析 （1）X、Y、Z 是短周期非金屬元素，核電荷數依次增大，Z是地殼中含量最多的元素，則Z為O元素；X原子外圍電子排布為ns²np²，原子序數小于氧，故X為C元素；Y的原子序數介于碳、氧之間，則Y為N元素；W、Q是第四周期元素，其中Q元素的核電荷數為29，則Q為Cu，W原子核外未成對電子數在同周期中最多，外圍電子排布為3d⁵4s¹，為Cr元素；
（2）①根據氮原子在鐵的晶面上的單層附著局部示意圖可以看出，每個鐵原子周圍有2個氮原子，而每個氮原子周圍有4個鐵原子；
②A．根據正負化合價的代數和為0計算鐵元素的化合價；
B．根據構造原理寫出其價層電子排布式；
C．硫酸亞鐵中鐵元素的化合價是+2價，[Fe₂（OH）_n（SO₄）_3-n/2]_m中鐵元素的化合價是+3價，鐵離子水解生成氫氧化鐵，所以由FeSO₄溶液制PFS需經過氧化、水解和聚合的過程；
D．電離能越大，其失電子越難；
③晶體Pt為面心立方最密堆積，頂點原子與面心原子相鄰，每個頂點元原子為8個晶胞共有，每個面心原子為2個晶胞共用，利用均攤法計算．

解答 解：（1）X、Y、Z 是短周期非金屬元素，核電荷數依次增大，Z是地殼中含量最多的元素，則Z為O元素；X原子外圍電子排布為ns²np²，原子序數小于氧，故X為C元素；Y的原子序數介于碳、氧之間，則Y為N元素；W、Q是第四周期元素，其中Q元素的核電荷數為29，則Q為Cu，W原子核外未成對電子數在同周期中最多，外圍電子排布為3d⁵4s¹，為Cr元素．
①Y為N元素，元素在周期表中的位置為第二周期VA族，其軌道表示式為，
故答案為：第二周期VA族；；
②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能級容納3個電子，為半滿穩定狀態，能量較低，第一電離能共用同周期相鄰元素，故第一電離能由大到小的順序為：N＞O＞C，X與Z形成三原子分子為CO₂，電子式為，
故答案為：N＞O＞C；；
③Y、Z的氫化物分別為NH₃、H₂O，常溫下氨氣為氣體，而水為液態，故沸點NH₃＜H₂O，故答案為：＜；
④W是第四周期元素，原子核外未成對電子數在同周期中最多，外圍電子排布為3d⁵4s¹，故答案為：3d⁵4s¹；
⑤晶胞中白色球數目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，小灰色球數目為4，故Cu與H原子數目之比為1：1，故氫化物化學式為CuH，故答案為：CuH；
（2）①根據氮原子在鐵的晶面上的單層附著局部示意圖可以看出，每個鐵原子周圍有2個氮原子，而每個氮原子周圍有4個鐵原子，所以對于某個氮原子來講，屬于這個氮原子的鐵原子數為4×$\frac{1}{2}$=2，所以氮原子與鐵原子的個數比為1：2，
故答案為：1：2；
②A．設[Fe₂（OH）_n（SO₄）_3-n/2]_m中Fe元素化合價為x，根據化合價代數和為0，可知2x-n+（3-$\frac{n}{2}$）×（-2）=0，解得x=+3，故A正確；
B．鐵元素的價電子數8，且4s軌道排2個電子，3d軌道排6個電子，所以鐵原子的價電子排布式是3d⁶4s²，故B正確；
C．硫酸亞鐵中鐵元素的化合價是+2價，[Fe₂（OH）_n（SO₄）_3-n/2]_m中鐵元素的化合價是+3價，鐵離子水解生成氫氧化鐵，所以由FeSO₄溶液制PFS需經過氧化、水解和聚合的過程，故C正確；
D．電離能越大，其失電子越難，所以氣態Fe²⁺再失去一個電子比氣態Mn²⁺再失去一個電子容易，故D錯誤；
故選：D；
③晶體Pt為面心立方最密堆積，以得到Pt原子為研究對象，頂點原子與面心原子相鄰，每個頂點元原子為8個晶胞共有，每個面心原子為2個晶胞共用，Pt原子配位數為$\frac{3×8}{2}$=12，
故答案為：12．

點評 本題是對物質結構與性質的考查，涉及核外電子排布、電離能、電子式、晶胞計算、物質熔沸點比較等，是對學生綜合能力的考查，需要學生具備扎實的基礎，難度中等．