Question

4．原子序數(shù)小于36的X、Y、Z、W四種元素，其中X是半徑最小的元素，Y原子基態(tài)時成對電子數(shù)是其未成對電子總數(shù)的2倍，Z原子基態(tài)時2p原子軌道上有3個未成對的電子，W原子4s原子軌道上有1個電子，M能層為全充滿的飽和結(jié)構(gòu)．回答下列問題：
（1）Z和X形成的某分子可用作火箭燃料，該分子中Z原子的雜化類型為sp³雜化．
（2）人們已經(jīng)合成了由Y和Z兩種元素形成的晶體，該晶體具有比金剛石更大的硬度，且原子間均以單鍵結(jié)合，Z的配位數(shù)是3，該晶體硬度大于金剛石的原因是原子半徑：C＞N，鍵長：C-N＜C-C，C-N鍵能大，硬度大．
（3）Z和X形成的簡單分子A還能與很多化合物通過配位鍵發(fā)生相互作用．例如：科學(xué)家潛心研究的一種可作儲氫材料的化合物 B是A與第二周期另一種元素的氫化物相互作用的產(chǎn)物，B是乙烷的等電子體，化合物B的結(jié)構(gòu)式為（必須標(biāo)明配位鍵）
（4）最高價氧化物水化物酸性比Z的比Y的強(qiáng)，原因是H₂CO₃和HNO₃可表示為 （HO）₂CO和 （HO）NO₂，N原子正電性更高，導(dǎo)致N-O-H中的O原子的電子云更向N偏移，越易電離出H⁺；
（5）Y₆₀用做比金屬及其合金更為有效的新型吸氫材料，其分子結(jié)構(gòu)中每一個Y原子皆為SP²雜化，含多個σ鍵和π鍵，36gY₆₀最多可以吸收標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氫氣33.6L．
（6）元素W的一種氯化物晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，它可與濃鹽酸發(fā)生非氧化還原反應(yīng)，生成配合物H_nWCl₃，反應(yīng)的化學(xué)方程式為CuCl+2HCl═H₂CuCl₃（或CuCl+2HCl═H₂[CuCl₃]）．

Answer 1

分析 原子序數(shù)小于36的X、Y、Z、W四種元素，其中X是半徑最小的元素，則X為H元素；Y原子基態(tài)時最外層電子數(shù)是其內(nèi)層電子總數(shù)的2倍，最外層電子數(shù)不超過8，原子只能有2個電子層，最外層電子數(shù)為4，故Y為C元素；Z原子基態(tài)時2p原子軌道上有3個未成對電子，原子核外電子排布為1s²2s²2p⁶，則Z為N元素；W原子4s原子軌道上有1個電子，M能層為全充滿的飽和結(jié)構(gòu)，原子核外電子數(shù)為2+8+18+1=29，故W為Cu．
（1）Z和X形成的某分子可用作火箭燃料為N₂H₄，根據(jù)分子中δ鍵數(shù)目與孤電子對數(shù)目判斷；
（2）根據(jù)C₃N₄晶體結(jié)構(gòu)判斷；原子晶體中，鍵能越大，硬度越大；
（3）形成配位鍵的條件是有空軌道和孤電子對；
（4）H₂CO₃和HNO₃可表示為 （HO）₂CO和 （HO）NO₂，N原子正電性更高，越易電離出H⁺；
（5）每個碳原子周圍有一個碳碳雙鍵和兩個碳碳單鍵，均為兩個碳原子共用，所以每個碳實際占有的碳碳雙鍵數(shù)為0.5，而每個雙鍵中有1個σ鍵、1個π鍵；計算36g C₆₀的物質(zhì)的量，結(jié)合分子含有30個C=C雙鍵計算吸收氫氣的體積；
（6）該晶胞中黑色球個數(shù)=4，白色球個數(shù)=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，所以黑色球和白色球個數(shù)之比=4：4=1：1，所以該氯化物的化學(xué)式為CuCl，它可與濃鹽酸發(fā)生非氧化還原反應(yīng)，生成配合物HnWCl₃；

解答 解：原子序數(shù)小于36的X、Y、Z、W四種元素，其中X是半徑最小的元素，則X為H元素；Y原子基態(tài)時最外層電子數(shù)是其內(nèi)層電子總數(shù)的2倍，最外層電子數(shù)不超過8，原子只能有2個電子層，最外層電子數(shù)為4，故Y為C元素；Z原子基態(tài)時2p原子軌道上有3個未成對電子，原子核外電子排布為1s²2s²2p⁶，則Z為N元素；W原子4s原子軌道上有1個電子，M能層為全充滿的飽和結(jié)構(gòu)，原子核外電子數(shù)為2+8+18+1=29，故W為Cu．
（1）Z和X形成的某分子可用作火箭燃料為N₂H₄，由于N₂H₄分子中N原子形成3個δ鍵，且有1個孤電子對，N原子sp³雜化；
故答案為：sp³雜化；
（2）硅和氮形成原子個數(shù)比為3：4的化合物為Si₃N₄，硅最外層有4個電子，氮最外層有5個電子，晶體的微粒間只以單鍵結(jié)合，所以每個硅原子連接4個N原子、每個N原子連接3個硅原子，N原子配位數(shù)是3；該晶體具有比金剛石更大的硬度，故為原子晶體，而原子半徑：C＞N，鍵長：C-N＜C-C，C-N鍵能大，所以硬度大；
故答案為：3；原子半徑：C＞N，鍵長：C-N＜C-C，C-N鍵能大，硬度大；
（3）N元素和H元素形成的簡單分子NH₃，化合物B是NH₃與第二周期另一種元素的氫化物相互作用的產(chǎn)物，B是乙烷的等電子體，則化合物B為BH₂=NH₂，BH₂=NH₂中B含有空軌道，N含有孤電子對，可形成配位鍵，所以B的結(jié)構(gòu)式為；
故答案為：；      
（4）H₂CO₃和HNO₃可表示為 （HO）₂CO和 （HO）NO₂，N原子正電性更高，導(dǎo)致N-O-H中的O原子的電子云更向N偏移，越易電離出H⁺，酸性越強(qiáng)；
故答案為：H₂CO₃和HNO₃可表示為 （HO）₂CO和 （HO）NO₂，N原子正電性更高，導(dǎo)致N-O-H中的O原子的電子云更向N偏移，越易電離出H⁺；
（5）C₆₀分子中每個碳原子周圍有一個碳碳雙鍵和兩個碳碳單鍵，均為兩個碳原子共用，所以每個碳實際占有的碳碳雙鍵數(shù)為0.5，而每個雙鍵中有1個σ鍵、1個π鍵，故該分子中σ鍵和π鍵的個數(shù)比3：1，36g C₆₀的物質(zhì)的量為$\frac{36g}{720g/mol}$=0.05mol，含有碳碳雙鍵為0.05mol×30=1.5mol，最多可以吸收標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氫氣為1.5mol×22.4L/mol=33.6L．
故答案為：33.6；
（4）H₂CO₃和HNO₃可表示為 （HO）₂CO和 （HO）NO₂，N原子正電性更高．導(dǎo)致
N-O-H中的O原子的電子云更向N偏移，越易電離出H⁺（2分）
（6）該晶胞中黑色球個數(shù)=4，白色球個數(shù)=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，所以黑色球和白色球個數(shù)之比=4：4=1：1，所以該氯化物的化學(xué)式為CuCl，它可與濃鹽酸發(fā)生非氧化還原反應(yīng)，生成配合物HnWCl₃，則該反應(yīng)的化學(xué)方程式為CuCl+2HCI═H₂CuCl₃（或CuCl+2HCI═H₂[CuCl₃]，
故答案為：CuCl+2HCl═H₂CuCl₃（或CuCl+2HCl═H₂[CuCl₃]）；

點評 本題以元素推斷為載體，綜合考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，涉及核外電子排布規(guī)律、雜化軌道、配位鍵、晶胞結(jié)構(gòu)與計算等，注意利用均攤法進(jìn)行晶胞計算，需要學(xué)生具備扎實的基礎(chǔ)與綜合運用能力．