Question

13．X、Y、Z、W、R是原子序數(shù)依次增大的前四周期元素，這五種元素的相關(guān)信息如下：

元素	相關(guān)信息
X	其中一種核素在考古時常用來鑒定一些文物的年代
Y	原子核外電子有7種不同的運(yùn)動狀態(tài)
Z	地殼中含量最高的元素
W	價電子排布式為（n+1）sn（n+1）p（n+1）
R	基態(tài)原子最外能層只有一個電子，其他能層均已充滿電子

（1）基態(tài)R原子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹．
（2）Y₂分子中σ鍵和π鍵的數(shù)目比為1：2．
（3）X、Y、Z三種元素的第一電離能由小到大的順序?yàn)镃＜O＜N（用元素符合表示），元素Y的氣態(tài)氫化物的沸點(diǎn)比元素X的氣態(tài)氧化物沸點(diǎn)高的主要原因是氨氣分子之間存在氫鍵．
（4）由元素Z、W組成的為了WZ₄^3-的空間構(gòu)型是正四面體，其中W原子的雜化物到類型為sp³雜化．
（5）已知Z、R能形成一種化合物，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，該化合物的化學(xué)式為Cu₂O，若相鄰的Z原子核R原子間的距離為a cm，設(shè)阿伏伽德羅常數(shù)的數(shù)值為N_A，則該晶體的密度為$\frac{27\sqrt{3}}{2{a}^{3}{N}_{A}}$（用含a、N_A的代數(shù)式表示）g•cm^-1．

Answer 1

分析 X、Y、Z、W、R是原子序數(shù)依次增大的前四周期元素，X的一種核素在考古時常用來鑒定一些文物的年代，則X為碳元素；Y原子核外電子有7種不同的運(yùn)動狀態(tài)，則Y為N元素；Z是地殼中含量最高的元素，則Z為O元素；W元素的價電子排布式為（n+1）sⁿ（n+1）p^（n+1），s能級容納2個電子，則n=2，可推知W為P元素；R元素的基態(tài)原子最外能層只有一個電子，其它能層均已充滿，則R原子外圍電子排布為3d¹⁰4s¹，所以F為銅元素．
（1）根據(jù)核外電子排布規(guī)律書寫；
（2）N₂分子結(jié)構(gòu)式為N≡N，三鍵含有1個σ鍵、2個π鍵；
（3）同一周期元素自左而右第一電離能呈增大趨勢，但N元素原子2p能級是半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素；氨氣分子之間存在氫鍵，沸點(diǎn)高于甲烷的，
（4）由元素Z、W組成PO₄^3-，計(jì)算P原子孤電子對數(shù)、價層電子對數(shù)，確定空間構(gòu)型及P原子的雜化方式；
（5）根據(jù)均攤法計(jì)算晶胞中Cu、O原子數(shù)目，進(jìn)而確定化學(xué)式；
表示出晶胞質(zhì)量，若相鄰氧原子和銅原子間的距離為a cm，則晶胞的體對角線為4acm，所以邊長為$\frac{4a}{\sqrt{3}}$cm，
再根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算．

解答 解：X、Y、Z、W、R是原子序數(shù)依次增大的前四周期元素，X的一種核素在考古時常用來鑒定一些文物的年代，則X為碳元素；Y原子核外電子有7種不同的運(yùn)動狀態(tài)，則Y為N元素；Z是地殼中含量最高的元素，則Z為O元素；W元素的價電子排布式為（n+1）sⁿ（n+1）p^（n+1），s能級容納2個電子，則n=2，可推知W為P元素；R元素的基態(tài)原子最外能層只有一個電子，其它能層均已充滿，則F原子外圍電子排布為3d¹⁰4s¹，所以R為銅元素．
（1）R元素的基態(tài)原子最外能層只有一個電子，其它能層均已充滿，基態(tài)R原子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹；
（2）N₂分子結(jié)構(gòu)式為N≡N，σ鍵和π鍵的數(shù)目比為1：2，故答案為：1：2；
（3）C、O、N元素都是第二周期非金屬元素，同一周期元素自左而右第一電離能呈增大趨勢，但N元素原子2p能級是半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素，故第一電離能：C＜O＜N；
氨氣分子之間存在氫鍵，沸點(diǎn)高于甲烷的，
故答案為：C＜O＜N；氨氣分子之間存在氫鍵；
（4）由元素Z、W組成的PO₄^3-中P原子孤電子對數(shù)為$\frac{5+3-2×4}{2}$=0，價層電子對數(shù)為4+0=4，故其空間構(gòu)型是正四面體，其中P原子的雜化類型為sp³雜化，
故答案為：正四面體；sp³雜化；
（5）根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu)圖可知，晶胞中含有氧原子數(shù)為1+8×$\frac{1}{8}$=2，銅原子數(shù)為4，所以該化合物的化學(xué)式為Cu₂O，晶胞質(zhì)量為（4×$\frac{64}{{N}_{A}}$+2×$\frac{16}{{N}_{A}}$）g，若相鄰氧原子和銅原子間的距離為a cm，則晶胞的體對角線為4acm，所以邊長為$\frac{4a}{\sqrt{3}}$cm，所以體積為（$\frac{4a}{\sqrt{3}}$）³cm³，該晶體的密度為（4×$\frac{64}{{N}_{A}}$+2×$\frac{16}{{N}_{A}}$）g÷（$\frac{4a}{\sqrt{3}}$）³cm³=$\frac{27\sqrt{3}}{2{a}^{3}{N}_{A}}$g/cm³，
故答案為：Cu₂O；$\frac{27\sqrt{3}}{2{a}^{3}{N}_{A}}$．

點(diǎn)評 本題是對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的考查，涉及核外電子排布、電離能、雜化軌道、氫鍵度物質(zhì)性質(zhì)的影響、晶胞的計(jì)算等，中等難度，元素推斷是解題的關(guān)鍵，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，（3）中注意利用均攤法計(jì)算晶胞質(zhì)量，關(guān)鍵是計(jì)算晶胞體積．