Question

16．周期表中前四周期元素R、W、X、Y、Z的原子序數(shù)依次遞增．R基態(tài)原子中，電子占據(jù)的最高能層符號為L，最高能級上只有兩個(gè)自旋方向相同的電子．工業(yè)上通過分離液態(tài)空氣獲得X單質(zhì)．Y原子的最外層電子數(shù)與電子層數(shù)之積等于R、W、X三種元素的原子序數(shù)之和．Z基態(tài)原子的最外能層只有一個(gè)電子，其他能層均已充滿電子．請回答下列問題：
（1）Z²⁺基態(tài)核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹．
（2）YX₄^-的空間構(gòu)型是正四面體；與YX₄^-互為等電子體的一種分子為CCl₄等（填化學(xué)式）；HYX₄酸性比HYX₂強(qiáng)，其原因是HClO₄有 3 個(gè)非羥基氧，而 HClO₂有 1 個(gè)非羥基氧．
（3）結(jié)構(gòu)簡式為RX（W₂H₃）₂的化合物中R原子的雜化軌道類型為sp²；1molRX（W₂H₃）₂分子中含有σ鍵數(shù)目為11N_A．
（4）往Z的硫酸鹽溶液中通入過量的WH₃，可生成[Z（WH₃）₄]SO₄，下列說法正確的是A．
A．[Z（WH₃）₄]SO₄中所含的化學(xué)鍵有離子鍵、極性鍵和配位鍵
B．在[Z（WH₃）₄]²⁺中Z²⁺給出孤對電子，WH₃提供空軌道
C．[Z（WH₃）₄]SO₄組成元素中第一電離能最大的是氧元素
（5）某Y與Z形成的化合物的晶胞如圖所示（黑點(diǎn)代表Z原子）．
①該晶體的化學(xué)式為CuCl．
②已知Z和Y的電負(fù)性分別為1.9和3.0，則Y與Z形成的化合物屬于共價(jià)（填“離子”、“共價(jià)”）化合物．
③已知該晶體的密度為ρg．cm^-3，阿伏加德羅常數(shù)為N_A，則該晶體中Z原子和Y原子之間的最短距離為$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{4×99.5}{ρ{N}_{A}}}$×10¹⁰pm（只寫計(jì)算式）．

Answer 1

分析 周期表中前四周期元素R、W、X、Y、Z的原子序數(shù)依次遞增．R基態(tài)原子中，電子占據(jù)的最高能層符號為L，最高能級上只有兩個(gè)自旋方向相同的電子，核外電子排布式為1s²2s²2p²，則R為C元素；工業(yè)上通過分離液態(tài)空氣獲得X單質(zhì)，結(jié)合原子序數(shù)可知X為O元素、W為N元素；Y原子的最外層電子數(shù)與電子層數(shù)之積等于R、W、X三種元素的原子序數(shù)之和，三元素原子序數(shù)之和為6+7+8=21，則Y為Cl元素；Z基態(tài)原子的最外能層只有一個(gè)電子，其他能層均已充滿電子，原子序數(shù)大于氯，處于第四周期，核外電子數(shù)為2+8+18+1=29，故Z為Cu．

解答 解：周期表中前四周期元素R、W、X、Y、Z的原子序數(shù)依次遞增．R基態(tài)原子中，電子占據(jù)的最高能層符號為L，最高能級上只有兩個(gè)自旋方向相同的電子，核外電子排布式為1s²2s²2p²，則R為C元素；工業(yè)上通過分離液態(tài)空氣獲得X單質(zhì)，結(jié)合原子序數(shù)可知X為O元素、W為N元素；Y原子的最外層電子數(shù)與電子層數(shù)之積等于R、W、X三種元素的原子序數(shù)之和，三元素原子序數(shù)之和為6+7+8=21，則Y為Cl元素；Z基態(tài)原子的最外能層只有一個(gè)電子，其他能層均已充滿電子，原子序數(shù)大于氯，處于第四周期，核外電子數(shù)為2+8+18+1=29，故Z為Cu．
（1）Cu²⁺基態(tài)核外電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹；
（2）ClO₄^-中Cl原子孤電子對數(shù)=$\frac{7+1-2×4}{2}$=0、價(jià)層電子對數(shù)=4+0=4，故其空間構(gòu)型是正四面體，與ClO₄^-互為等電子體的一種分子含有5個(gè)原子、32個(gè)價(jià)電子，該分子為CCl₄等，HClO₄有 3 個(gè)非羥基氧，而 HClO₂有 1 個(gè)非羥基氧，HClO₄酸性比HClO₂強(qiáng)，
故答案為：正四面體；CCl₄等；HClO₄有 3 個(gè)非羥基氧，而 HClO₂有 1 個(gè)非羥基氧；
（3）結(jié)構(gòu)簡式為CO（N₂H₃）₂的化合物中碳原子形成3個(gè)σ鍵，沒有孤對電子，雜化軌道數(shù)目為3，碳原子的雜化軌道類型為sp²；
結(jié)構(gòu)簡式為O=C（NH-NH₂）₂，分子中含有11個(gè)σ鍵，1molRX（W₂H₃）₂分子中含有σ鍵數(shù)目為11N_A，
故答案為：sp²；11N_A；
（4）往CuSO₄溶液中通入過量的NH₃，可生成[Cu（NH₃）₄]SO₄，
A．[Cu（NH₃）₄]SO₄中配離子與外界硫酸根之間形成離子鍵，銅離子與氨氣分子之間形成配位鍵，氨氣分子與硫酸根中含有極性鍵，故A正確；
B．在[Cu（NH₃）₄]²⁺中Cu²⁺提供空軌道，NH₃給出孤對電子，故B錯(cuò)誤；
C．非金屬性越強(qiáng)，第一電離能越大，氮元素2p軌道為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能高于氧元素的，[Cu（NH₃）₄]SO₄組成元素中第一電離能最大的是N元素．
故選：A；
（5）某Y與Z形成的化合物的晶胞如圖所示（黑點(diǎn)代表Z原子）．
①晶胞中黑色球數(shù)目為4，白色球數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，該晶體的化學(xué)式為CuCl，
故答案為：CuCl；
②已知Z和Y的電負(fù)性分別為1.9和3.0，二者電負(fù)性之差小于1.7，則Y與Z形成的化合物屬于共價(jià)化合物，
故答案為：共價(jià)；
③黑色球與周圍的4個(gè)白色球相鄰，形成正四面體結(jié)構(gòu)，黑色球與晶胞頂點(diǎn)白色球連線處于晶胞體體對角線上，為二者距離為體對角線長度的$\frac{1}{4}$，而體對角線長度為晶胞棱長的$\sqrt{3}$倍，晶胞質(zhì)量為4×$\frac{64+35.5}{{N}_{A}}$g，該晶體的密度為ρg．cm^-3，則晶胞棱長為$\root{3}{\frac{4×\frac{64+35.5}{{N}_{A}}g}{ρg•c{m}^{-3}}}$=$\root{3}{\frac{4×99.5}{ρ{N}_{A}}}$cm，故該晶體中Z原子和Y原子之間的最短距離為$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{4×99.5}{ρ{N}_{A}}}$cm=$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{4×99.5}{ρ{N}_{A}}}$×10¹⁰ pm，
故答案為：$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{4×99.5}{ρ{N}_{A}}}$×10¹⁰．

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、空間構(gòu)型與雜化方式判斷、等電子體、分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、化學(xué)鍵、電負(fù)性、晶胞計(jì)算等，（5）中原子距離計(jì)算為易錯(cuò)點(diǎn)、難點(diǎn)，需要學(xué)生具備一定的數(shù)學(xué)計(jì)算能力