Question

12．有X、Y、Z、W、P、Q六種前兩周期的主族元素，原子序數(shù)依次增大，價(jià)電子數(shù)之和為26，原子半徑依Y、Z、W、P、Q、X依次減�。畤�繞上述元素，回答下列問(wèn)題：
（1）Q的電子排布圖為，YQ₃中心原子的雜化類型為sp²，Z與Q兩元素第一電離能的大小關(guān)系：Z＜Q（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）X₂P和ZP₂固態(tài)時(shí)均為分子晶體，但熔點(diǎn)X₂P比ZP₂高得多，原因是H₂O分子存在分子間氫鍵．
（3）固體A是離子晶體，結(jié)構(gòu)類似于CsCl，組成中含W的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為73.7%，它的所有原子的最外層都符合相應(yīng)的稀有氣體原子的最外層電子結(jié)構(gòu)，該物質(zhì)適當(dāng)加熱就分解成兩種單質(zhì)氣體．該物質(zhì)的電子式，其與水反應(yīng)的化學(xué)方程式為NH₄H+H₂O=NH₃•H₂O+H₂↑．
（4）Z單質(zhì)有三類異形體，其中一種骨架型原子晶體的立方晶胞如圖，計(jì)算晶體中Z原子的空間利用率為33.99%（$\sqrt{2}$=1.41，$\sqrt{3}$=1.73）．

Answer 1

分析 有X、Y、Z、W、P、Q六種前兩周期的主族元素，由原子序數(shù)X＜Y，原子半徑X＜Y，可知X只能處于第一周期，其余元素處于第二周期，故X為H元素；Y、Z、W、P、Q原子序數(shù)依次增大，原子半徑依Y、Z、W、P、Q依次減小，則最外層電子數(shù)依次增大，它們最外層電子數(shù)之和為26-1=25，最外層電子數(shù)只能分別為3、4、5、6、7，故Y為B、Z為C、W為N、P為O、Q為F；
（1）Q是F元素，根據(jù)核外電子排布畫出其電子排布式；根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷BF₃中心原子B原子雜化方式；Z是C元素、Q是F元素，同一周期元素，元素第一電離能隨著原子序數(shù)增大而呈增大趨勢(shì)，但第IIA族、第VA族元素第一電離能大于其相鄰元素；
（2）氫鍵導(dǎo)致物質(zhì)的熔沸點(diǎn)升高；
（3）固體A是離子晶體，結(jié)構(gòu)類似于CsCl，組成中含N的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為73.7%，它的所有原子的最外層都符合相應(yīng)的稀有氣體原子的最外層電子結(jié)構(gòu)，該物質(zhì)適當(dāng)加熱就分解成兩種單質(zhì)氣體，該物質(zhì)為NH₄H，與水反應(yīng)生成氫氣與一水合氨；
（4）該晶胞中C原子個(gè)數(shù)=4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，設(shè)C原子半徑為xcm，則C原子總體積=8×$\frac{4}{3}π$x³cm³，設(shè)正六面體棱長(zhǎng)為ycm，其體線長(zhǎng)=$\sqrt{3}$ycm，距離最近的C原子之間距離為2xcm，這兩個(gè)碳原子之間的距離等于正六面體體長(zhǎng)的$\frac{1}{4}$，所以2xcm=$\frac{\sqrt{3}}{4}y$cm，晶胞體積=y³cm³，空間利用率=$\frac{原子總體積}{晶胞體積}×100%$．

解答 解：有X、Y、Z、W、P、Q六種前兩周期的主族元素，由原子序數(shù)X＜Y，原子半徑X＜Y，可知X只能處于第一周期，其余元素處于第二周期，故X為H元素；Y、Z、W、P、Q原子序數(shù)依次增大，原子半徑依Y、Z、W、P、Q依次減小，則最外層電子數(shù)依次增大，它們最外層電子數(shù)之和為26-1=25，最外層電子數(shù)只能分別為3、4、5、6、7，故Y為B、Z為C、W為N、P為O、Q為F．
（1）Q為F元素，其電子排布圖為，BF₃中心原子B原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3+$\frac{1}{2}$（3-1×3）=3，故B原子采取sp²雜化；同一周期元素，元素第一電離能隨著原子序數(shù)增大而呈增大趨勢(shì)，但第IIA族、第VA族元素第一電離能大于其相鄰元素，所以第一電離能C＜F，
故答案為：；sp²雜化；＜；
（2）H₂O和CO₂固態(tài)時(shí)均為分子晶體，但H₂O分子存在分子間氫鍵，熔點(diǎn)H₂O比CO₂高得多，
故答案為：H₂O分子存在分子間氫鍵；
（3）固體A是離子晶體，結(jié)構(gòu)類似于CsCl，組成中含N的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為73.7%，它的所有原子的最外層都符合相應(yīng)的稀有氣體原子的最外層電子結(jié)構(gòu)，該物質(zhì)適當(dāng)加熱就分解成兩種單質(zhì)氣體，該物質(zhì)為NH₄H，該物質(zhì)的電子式為，其與水反應(yīng)的化學(xué)方程式為NH₄H+H₂O=NH₃•H₂O+H₂↑，
故答案為：；NH₄H+H₂O=NH₃•H₂O+H₂↑；
（4）該晶胞中C原子個(gè)數(shù)=4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，設(shè)C原子半徑為xcm，則C原子總體積=8×$\frac{4}{3}π$x³cm³，設(shè)正六面體棱長(zhǎng)為ycm，其體線長(zhǎng)=$\sqrt{3}$ycm，距離最近的C原子之間距離為2xcm，這兩個(gè)碳原子之間的距離等于正六面體體長(zhǎng)的$\frac{1}{4}$，所以2xcm=$\frac{\sqrt{3}}{4}y$cm，所以$\frac{x}{y}$=$\frac{\sqrt{3}}{8}$，晶胞體積=y³cm³，空間利用率=$\frac{原子總體積}{晶胞體積}×100%$=$\frac{8×\frac{4}{3}×π×{x}^{3}}{{y}^{3}}$×100%=8×$\frac{4}{3}$×π×（$\frac{\sqrt{3}}{8}$）³×100%=33.99%，故答案為：33.99%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，涉及晶胞計(jì)算、電子式的書寫、原子雜化方式判斷、氫鍵等知識(shí)點(diǎn)，綜合性較強(qiáng)，難點(diǎn)是晶胞計(jì)算，明確晶胞中距離最近的兩個(gè)碳原子之間距離與晶胞體長(zhǎng)關(guān)系是解本題關(guān)鍵，同時(shí)考查學(xué)生計(jì)算及空間想象能力，題目難度中等．