Question

4．有M、X、Y、Z、Q五種元素．M元素的電負性在所有元素中最大，X原子最外層電子數比內層電子總數多1；Y原子s軌道和p軌道電子數相同，且有2個單電子；Z原子核外有3種能級，每種能級所含電子數相同；Q的原子序數為M、Y、Z原子序數之和．
（1）Q元素的元素符號為V，該元素原子的價層電子的軌道表示式為．
（2）M、Y、Z第一電離能由大到小順序為F＞O＞C（用元素符號表示）．
（3）將X、Y形成的化合物與單質Z在電爐中高溫，得到化合物X₄Z，寫出該反應的化學方程式2B₂O₃+7C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$B₄C+6CO，化合物X₄Z熔、沸點高，硬度大，試解釋原因B₄C以共價鍵結合的空間網狀結構的原子晶體．
（4）M與X形成的化合物的鍵角為120°；如果把該化合物與乙醚（CH₃CH₂-O-CH₂CH₃）放在一起，X原子的雜化方式發(fā)生了變化，鍵長增加．請說明X原子雜化方式的變化及其原因B原子有空軌道，接受乙醚中O原子提供的孤對電子形成配位鍵，B原子由sp²雜化變?yōu)閟p³雜化．
（5）Q₂Y₅溶解在NaOH溶液中，可得到某酸鈉（Na₃QY₄），該鹽陰離子的空間構型為正四面體；也可以得到偏某酸鈉，其陰離子呈如圖所示的四面體無限鏈狀結構（四面體的頂點為Y，Q位于四面體的體心），則偏某酸鈉的化學式為NaVO₃．

Answer 1

分析 有M、X、Y、Z、Q五種元素．M元素的電負性在所有元素中最大，則M為F元素；X原子最外層電子數比內層電子總數多1，最外層電子數不超過8，原子只能有2個電子層，最外層電子數為3，故X為B元素；Y原子s軌道和p軌道電子數相同，且有2個單電子，原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁴，則Y為O元素；Z原子核外有3種能級，每種能級所含電子數相同，原子核外電子排布式為1s²2s²2p²，則Z為C元素；Q的原子序數為M、Y、Z原子序數之和，即Q原子序數為9+8+6=23，故Q為V元素．
（1）Q為V元素，處于周期表中第四周期VB族，價層電子排布式為3d³4s²，結合泡利原理、洪特規(guī)則畫出軌道排布圖；
（2）同周期隨原子序數增大，元素第一電離能呈增大趨勢；
（3）X、Y形成的化合物為B₂O₃，與碳單質在電爐中高溫，得到化合物B₄C，還生成CO，化合物B₄C熔、沸點高，硬度大，說明屬于原子晶體；
（4）M與X形成的化合物為BF₃，B原子孤電子對數=$\frac{3-1×3}{2}$=0，價層電子對數=3+0=3，為平面正三角形；
B原子有空軌道，接受乙醚中O原子提供的孤對電子形成配位鍵；
（5）VO₄^3-中，V形成4個σ鍵，孤電子對數為$\frac{5+3-2×4}{2}$=0，為正四面體結構，由鏈狀結構、結合均攤法可知每個V與3個O形成陰離子，且V的化合價為+5價，以此判斷形成的化合物的化學式．

解答 解：有M、X、Y、Z、Q五種元素．M元素的電負性在所有元素中最大，則M為F元素；X原子最外層電子數比內層電子總數多1，最外層電子數不超過8，原子只能有2個電子層，最外層電子數為3，故X為B元素；Y原子s軌道和p軌道電子數相同，且有2個單電子，原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁴，則Y為O元素；Z原子核外有3種能級，每種能級所含電子數相同，原子核外電子排布式為1s²2s²2p²，則Z為C元素；Q的原子序數為M、Y、Z原子序數之和，即Q原子序數為9+8+6=23，故Q為V元素．
（1）Q為V元素，處于周期表中第四周期VB族，價層電子排布式為3d³4s²，則電子排布圖為，
故答案為：Ⅴ；；
（2）同周期隨原子序數增大，元素第一電離能呈增大趨勢，故第一電離能F＞O＞C，
故答案為：F＞O＞C；
（3）X、Y形成的化合物為B₂O₃，與碳單質在電爐中高溫，得到化合物B₄C，還生成CO，反應方程式為：2B₂O₃+7C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$B₄C+6CO，化合物B₄C熔、沸點高，硬度大，是由于B₄C以共價鍵結合的空間網狀結構的原子晶體，
故答案為：2B₂O₃+7C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$B₄C+6CO；B₄C以共價鍵結合的空間網狀結構的原子晶體；
（4）M與X形成的化合物為BF₃，B原子孤電子對數=$\frac{3-1×3}{2}$=0，價層電子對數=3+0=3，為平面正三角形，故鍵角為120°；
B原子有空軌道，接受乙醚中O原子提供的孤對電子形成配位鍵，B原子由sp²雜化變?yōu)閟p³雜化，
故答案為：120°；B原子有空軌道，接受乙醚中O原子提供的孤對電子形成配位鍵，B原子由sp²雜化變?yōu)閟p³雜化；
（5）VO₄^3-中，V形成4個σ鍵，孤電子對數為$\frac{5+3-2×4}{2}$=0，為正四面體結構，由鏈狀結構、結合均攤法可知每個V與3個O形成陰離子，且V的化合價為+5價則形成的化合物化學式為NaVO₃，
故答案為：正四面體；NaVO₃．

點評 本題綜合考查物質的結構和性質，涉及核外電子排布、電離能、晶體類型與性質、化學鍵、雜化方式、晶體結構等，需要學生具備扎實的基礎與靈活運用能力，難度中等．