Question

【化学--选修3：物质结构与性质】
已知X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于48．X的一种1：2型氢化物分子中既有σ键又有π键，所有原子共平面．Z是金属元素，Z的单质和化合物有广泛的用途．已知Z的核电荷数小于28，且次外层有2个未成对电子．工业上利用ZO₂和碳酸钡在熔融状态下制化合物M（M可看做一种含氧酸盐）．经X射线分析，M晶体的最小重复单元为正方体（如图），顶点位置为Z⁴⁺所占，体心位置为Ba²⁺所占，所有棱心位置为O^2-所占．
（1）Y²⁺的结构示意图

；Z的价层电子排布式为

3d²4s²

．
（2）X在该氢化物中以

sp²

方式杂化；X和Y形成的化合物YX₂的电子式为

．
（3）①制备M的化学反应方程式是

TiO₂+BaCO₃

高温  .

BaTiO₃+CO₂↑

；
②在M晶体中，若将Z⁴⁺置于立方体的体心，Ba²⁺置于立方体的顶点，则O^2-处于立方体的

面心

；
③已知O^2-半径为1.4×10^-10 m，Z⁴⁺的半径为6.15×10^-11m，阿佛加德罗常数为N_A，则M的密度为

233g/mol

(4.03×10-8 cm)3NA

g?cm^-3．（不必化简）

Answer 1

分析：X的一种1：2型氢化物分子中既有σ键又有π键，所有原子共平面，说明该氢化物中含有双键或三键，氢化物中乙烯中含有σ键和π键，且是1：2型氢化物，所以x是C元素；Z是金属元素，Z的单质和化合物有广泛的用途，已知Z的核电荷数小于28，且次外层有2个未成对电子，所以Z是Ti元素；X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于48，所以Y是Ca元素．
（1）钙原子失去2电子生成钙离子，改变的是核外电子数和电子层数，不变的是核内质子数；Ti元素是副族元素，其价电子是最外层电子和d能级上电子；
（2）根据乙烯分子中每个碳原子上含有的σ键个数与孤对电子个数之和判断杂化方式；碳化钙是离子化合物，根据离子化合物电子式的书写规则书写；
（3）①根据晶胞确定该化合物的化学式，所以高温条件下，二氧化钛和碳酸钡反应生成BaTiO₃和CO₂；
②根据晶胞判断该离子的位置；
③根据公式ρ=

M

VNA

计算其密度．

解答：解：X的一种1：2型氢化物分子中既有σ键又有π键，所有原子共平面，说明该氢化物中含有双键或三键，氢化物中乙烯中含有σ键和π键，且是1：2型氢化物，所以x是C元素；Z是金属元素，Z的单质和化合物有广泛的用途，已知Z的核电荷数小于28，且次外层有2个未成对电子，所以Z是Ti元素；X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于48，所以Y是Ca元素．
（1）钙离子的结构示意图为：；Ti元素是副族元素，其价电子是最外层电子和d能级上电子，所以Z的价层电子排布式为3d²4s²，故答案为：；3d²4s²；
（2）乙烯的结构为：，乙烯分子中每个碳原子含有3个σ键，所以采用sp²杂化；碳化钙是离子化合物，但该化合物中既有离子键又有共价键，其电子式为：，故答案为：sp²；；
（3）①M的晶胞中Z⁴⁺个数为8×

1

8

=1，O^2-个数=12×

1

4

=3，Ba²⁺个数=1，所以该化合物的化学式为：BaTiO₃；高温条件下，二氧化钛和碳酸钡反应生成BaTiO₃和CO₂，反应方程式为：
TiO₂+BaCO₃

高温  .

BaTiO₃+CO₂↑，故答案为：TiO₂+BaCO₃

高温  .

BaTiO₃+CO₂↑；
②根据晶胞知定O^2-处于立方体的面心，故答案为：面心．
 ③该立方体的棱长=1.4×10^-10 m×2+6.15×10^-11m×2=4.03×10^-10 m，
体积=（4.03×10^-10 m）³，则ρ=

M

VNA

=

233g/mol

(4.03×10-8 cm)3NA

，
故答案为：

233g/mol

(4.03×10-8 cm)3NA

．

点评：本题考查了杂化方式、离子结构示意图、价电子排布式、电子式的书写等知识点，难度不大，注意杂化方式的判断是高考的热点和学习的重点，会根据公式计算密度．