Question

已知X、Y和Z三種元素的原子序數(shù)之和等于48．X的一種1：1型氫化物分子中既有σ鍵又有π鍵．Z是金屬元素，Z的單質(zhì)和化合物有廣泛的用途．已知Z的核電荷數(shù)小于28，且次外層有2個未成對電子．工業(yè)上利用ZO₂和碳酸鋇在熔融狀態(tài)下制取化合物M（M可看做一種含氧酸鹽）．M有顯著的“壓電性能”，應(yīng)用于超聲波的發(fā)生裝置．經(jīng)X射線分析，M晶體的最小重復(fù)單位為正方體（如圖），邊長為4.03×10^-10m，頂點(diǎn)位置為Z⁴⁺所占，體心位置為Ba²⁺所占，所有棱心位置為O^2-所占．
（1）Z⁴⁺的核外電子排布式為

 

；
（2）X在該氫化物中以

 

方式雜化．X和Y形成的化合物的熔點(diǎn)應(yīng)該

 

 （填“高于”或“低于”）X氫化物的熔點(diǎn)．
（3）①在M晶體中，若將Z“置于立方體的體心，Ba²⁺置于立方體的頂點(diǎn)，則O^2-處于立方體的

 

；②在M晶體中，Z⁴⁺的氧配位數(shù)為

 

；
（4）制備M的化學(xué)反應(yīng)方程式是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：晶胞的計算

專題：

分析：Z的核電荷數(shù)小于28，且次外層有2個未成對電子，其價層電子排布應(yīng)當(dāng)是3d²4s²，所以Z為Ti元素，X的一種1：1型氫化物分子中既有σ鍵又有π鍵，應(yīng)為H-C≡C-H，則X為C元素，X、Y和Z三種元素的原子序數(shù)之和等于48，則Y的原子序數(shù)為20，應(yīng)為Ca元素，
（1）根據(jù)能量最低原理書寫電子排布式；
（2）X的氫化物為H-C≡C-H，根據(jù)結(jié)構(gòu)和成鍵特點(diǎn)判斷雜化方式，根據(jù)不同類型晶體的性質(zhì)判斷熔點(diǎn)高低；
（3）①根據(jù)圖，在M晶體中，頂點(diǎn)位置為Z⁴⁺所占，體心位置為Ba²⁺所占，所有棱心位置為O^2-所占，利用均攤法可知，晶胞中Ti、Ba、O的個數(shù)比為（8×

1

8

）：1：（12×

1

4

）=1：1：3，若將Z⁴⁺置于立方體的體心，Ba²⁺置于立方體的頂點(diǎn)，要使晶胞中Ti、Ba、O的個數(shù)比仍為1：1：3，則O^2-只能處于立方體的面心，據(jù)此答題；
②根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu)判斷；
（4）根據(jù)晶胞確定該化合物的化學(xué)式，根據(jù)題意，高溫條件下，二氧化鈦和碳酸鋇反應(yīng)生成BaTiO₃和CO₂，據(jù)此寫化學(xué)方程式；

解答： 解：Z的核電荷數(shù)小于28，且次外層有2個未成對電子，其價層電子排布應(yīng)當(dāng)是3d²4s²，所以Z為Ti元素，X的一種1：1型氫化物分子中既有σ鍵又有π鍵，應(yīng)為H-C≡C-H，則X為C元素，X、Y和Z三種元素的原子序數(shù)之和等于48，則Y的原子序數(shù)為20，應(yīng)為Ca元素，
（1）鈦是22號元素，根據(jù)能量最低原理，鈦離子的電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶；
（2）X的氫化物為H-C≡C-H，碳原子形成2個δ鍵，無孤電子對，所以碳為為sp雜化，X和Y形成的化合物是CaC₂，是離子化合物，形成離子晶體，而C₂H₂是共價化合物，形成分子晶體，所以，CaC₂的熔點(diǎn)高于C₂H₂，故答案為：sp； 高于；
（3）①根據(jù)圖，在M晶體中，頂點(diǎn)位置為Z⁴⁺所占，體心位置為Ba²⁺所占，所有棱心位置為O^2-所占，利用均攤法可知，晶胞中Ti、Ba、O的個數(shù)比為（8×

1

8

）：1：（12×

1

4

）=1：1：3，若將Z⁴⁺置于立方體的體心，Ba²⁺置于立方體的頂點(diǎn)，要使晶胞中Ti、Ba、O的個數(shù)比仍為1：1：3，則O^2-只能處于立方體的面心，
故答案為：面心；
②根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu)可知，每個Ti⁴⁺周圍有6個O^2-，所以Ti⁴⁺的配位數(shù)為6，故答案為：6；
（4）根據(jù)（3）①可知，M的化合物的化學(xué)式為BaCO₃，根據(jù)題意，高溫條件下，二氧化鈦和碳酸鋇反應(yīng)生成BaTiO₃和CO₂，所以化學(xué)方程式為TiO₂+BaCO₃

△   .

BaTiO₃+CO₂↑，故答案為：TiO₂+BaCO₃

△   .

BaTiO₃+CO₂↑；

點(diǎn)評：本題主要考查了核外電子排布、原子雜化軌道、晶體的性質(zhì)、晶胞的結(jié)構(gòu)及化學(xué)方程式的書寫，中等難度，解題的關(guān)鍵在于元素的推斷．