Question

14．X、Y、Z、M、W、R是元素周期表中1～36號元素，且原子序數(shù)依次增大，X、Y、Z是位于同一周期的相鄰元素，Y元素基態(tài)原子的2p軌道處于半充滿狀態(tài)；M為元素周期表1～36號元素中電負(fù)性最小的元素，W元素基態(tài)原子的價(jià)電子構(gòu)型為3d⁷4s²；R位于周期表第11列．回答下列問題（若需表示具體元素必須用相應(yīng)的元素符號）：
（1）X、Y、Z三種元素的第一電離能由大到小的順序是N＞O＞C（用元素符號表示），Y的最簡單氣態(tài)氫化物在水中的溶解度遠(yuǎn)大于X的最簡單氣態(tài)氫化物，主要原因是分子與水分子之間形成氫鍵，氨氣分子與水分子都是極性分子，相似相溶．
（2）R元素基態(tài)原子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹．Z、M形成化合物M₂Z₂的電子式為．
（3）X、Z、W三種元素可以形成橘紅色易升華的固體配合物W₂（XZ）₈，該配合物中提供空軌道的是Co，提供孤對電子的是CO（填化學(xué)式）．
（4）已知某化合物部分結(jié)構(gòu)如圖（a）所示，該化合物由X、Y兩元素組成，硬度超過金剛石．該化合物的化學(xué)式為C₃N₄，其晶體類型為原子晶體，晶體中X、Y兩種元素原子的雜化方式均為sp³．

（5）在圖（b）中標(biāo)出R晶體中R原子的位置，該晶體中R原子直徑為a pm，R的相對原子質(zhì)量為M，阿伏加德羅常數(shù)為N_A，該晶胞密度表達(dá)式為$\frac{\sqrt{2}M×1{0}^{30}}{{a}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3（用a，M，N_A表示）．

Answer 1

分析 X、Y、Z、M、W、R是元素周期表中1～36號元素，且原子序數(shù)依次增大，Y元素基態(tài)原子的2P軌道處于半充滿狀態(tài)，原子核外電子排布式為1s²2s²2p³，故Y為N元素；X、Y、Z是位于同一周期的相鄰元素，結(jié)合原子序數(shù)可知X為C元素、Z為O元素；M為元素周期表1～36號元素中電負(fù)性最小的元素，則M為K；W元素基態(tài)原子的價(jià)電子構(gòu)型為3d⁷4s²，則W為Co；R位于周期表第11列，原子序數(shù)大于Co，故R為Cu．
（1）同周期隨原子序數(shù)增大，元素第一電離能呈增大趨勢，ⅡA族、ⅤA族分別為全滿、半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素的；
NH₃分子與水分子之間形成氫鍵，氨氣分子與水分子都是極性分子，相似相溶，使氨氣在水中的溶解度遠(yuǎn)大于甲烷的；
（2）R為Cu，核外電子數(shù)為29，根據(jù)能量最低原理書寫元素基態(tài)原子的電子排布式；Z、M形成化合物M₂Z₂為K₂O₂，由鉀離子與過氧根離子構(gòu)成；
（3）中心原子或離子含有空軌道，配體含有孤對電子；
（4）從給出的“化合物”的結(jié)構(gòu)圖可知，C原子形成4個(gè)鍵，N原子形成3個(gè)鍵，該化合物的化學(xué)式為C₃N₄，故其化學(xué)鍵為共價(jià)鍵，結(jié)合硬度大可知其為原子晶體，碳原子形成4個(gè)鍵，盡管N原子形成3個(gè)鍵，但還有1對孤對電子，價(jià)層電子對數(shù)都是4；
（5）R為Cu，晶體屬于面心立方最密堆積，Cu原子處于頂點(diǎn)與面心，面對角線上的原子相切，Cu原子之間為a pm，則晶胞棱長=a×10^-10 cm×2×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=$\sqrt{2}$a×10^-10 cm，根據(jù)均攤法計(jì)算晶胞中Cu原子數(shù)目，表示出晶胞質(zhì)量，再根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算晶胞密度．

解答 解：X、Y、Z、M、W、R是元素周期表中1～36號元素，且原子序數(shù)依次增大，Y元素基態(tài)原子的2P軌道處于半充滿狀態(tài)，原子核外電子排布式為1s²2s²2p³，故Y為N元素；X、Y、Z是位于同一周期的相鄰元素，結(jié)合原子序數(shù)可知X為C元素、Z為O元素；M為元素周期表1～36號元素中電負(fù)性最小的元素，則M為K；W元素基態(tài)原子的價(jià)電子構(gòu)型為3d⁷4s²，則W為Co；R位于周期表第11列，原子序數(shù)大于Co，故R為Cu．
（1）同周期隨原子序數(shù)增大，元素第一電離能呈增大趨勢，氮元素2p能級容納3個(gè)電子為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，第一電離能高于同周期相鄰元素的，故第一電離能由大到小的順序是N＞O＞C，
Y的最簡單氣態(tài)氫化物為NH₃，X的最簡單氣態(tài)氫化物為CH₄，NH₃分子與水分子之間形成氫鍵，氨氣分子與水分子都是極性分子，相似相溶，使氨氣在水中的溶解度遠(yuǎn)大于甲烷的，
故答案為：N＞O＞C；分子與水分子之間形成氫鍵，氨氣分子與水分子都是極性分子，相似相溶；
（2）R為Cu，核外電子數(shù)為29，元素基態(tài)原子的電子排布式為式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，Z、M形成化合物M₂Z₂為K₂O₂，電子式為，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹；；
（3）X、Z、W三種元素可以形成橘紅色易升華的固體配合物Co₂（CO）₈，該配合物中提供空軌道的是Co，提供孤對電子的是CO，
故答案為：Co；CO．
（4）從給出的“化合物”的結(jié)構(gòu)圖可知，C原子形成4個(gè)鍵，N原子形成3個(gè)鍵，該化合物的化學(xué)式為C₃N₄，故其化學(xué)鍵為共價(jià)鍵，結(jié)合硬度大可知其為原子晶體，碳原子形成4個(gè)鍵，故其為sp³雜化，盡管N原子形成3個(gè)鍵，但還有1對孤對電子，價(jià)層電子對數(shù)為4，因此N原子也是sp³雜化，
故答案為：C₃N₄；原子晶體；sp³；
（5）R為Cu，晶體屬于面心立方最密堆積，Cu原子位置為，面對角線上的原子相切，Cu原子之間為a pm，則晶胞棱長=a×10^-10 cm×2×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=$\sqrt{2}$a×10^-10 cm，晶胞中Cu原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，Cu的相對原子質(zhì)量為M，則故晶胞質(zhì)量為4×$\frac{M}{{N}_{A}}$g，則晶胞密度為4×$\frac{M}{{N}_{A}}$g÷（$\sqrt{2}$a×10^-10 cm）³=$\frac{\sqrt{2}M×1{0}^{30}}{{a}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3，
故答案為：；$\frac{\sqrt{2}M×1{0}^{30}}{{a}^{3}{N}_{A}}$．

點(diǎn)評 本題是對物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及核外電子排布、元素周期律、電離能、電子式、氫鍵、配合物、晶胞計(jì)算等，注意同周期主族元素中第一電離能異常情況，掌握均攤法進(jìn)行晶胞有關(guān)計(jì)算，是對學(xué)生綜合能力的考查．