Question

19．X、Y、Z、M、W是原子序数依次增大的前四周期元素，X元素原子核外有三个能级，各能级电子数相等，Y的单质在空气中燃烧生成一种淡黄色的固体；Z元素原子的最外层电子数比次外层电子数少2，M原子外围电子排布式为3dⁿ4sⁿ；W的内层电子已全充满，最外层只有2个电子．请回答：
（1）X元素在周期表中的位置是第二周期ⅣA族；W²⁺离子的外围电子排布式为3d¹⁰
（2）X 能与氢、氮、氧三种元素构成化合物 XO（NH₂）₂，其中X原子和N原子的杂化方式为分别为sp²、sp³，该化合物分子中的π键与σ键的个数之比是1：7；该物质易溶于水的主要原因是CO（NH₂）₂能与水分子间形成氢键．
（3）已知Be和Al元素处于周期表中对角线位置，化学性质相似，请写出Y元素与Be的最高价氧化物的水化物相互反应的化学方程式Be（OH）₂+2NaOH═Na₂BeO₂+2H₂O
（4）M晶体的原子堆积方式为六方堆积（如图1所示），则晶体中M原子配位数是12．某M配合物化学式是[M（H₂O）₅Cl]Cl₂•H₂O，1mol该配合物中含配位键的数目是6×6.02×10²³．

（5）X 的某种晶体为层状结构，可与熔融金属钾作用．钾原子填充在各层之间，形成间隙化合物，其常见结构的平面投影如图2所示，则其化学式可表示为KC₈．
（6）Y离子和Z离子比较，半径较大的是S^2-（写离子符号），元素Y与元素Z形成的晶体的晶胞结构是如图3所示的正方体，设晶胞中最近的两个Z离子的距离为a cm，该化合物的摩尔质量为bg/mol，则该晶胞密度的计算式为4×$\frac{bg/mol}{{N}_{A}mo{l}^{-1}}$÷（$\sqrt{2}$a cm）³．（只要求列算式，不必计算出数值，阿伏伽德罗常数用N_A表示）．

Answer 1

分析 X、Y、Z、W是元素周期表前四周期中常见的元素，X的基态原子核外的三个能级上电子数相等，原子核外电子排布为1s²2s²2p²，则X为C元素；Y的单质在空气中燃烧生成一种淡黄色的固体，则Y为Na元素，淡黄色固体是Na₂O₂；Z元素原子的最外层电子数比次外层电子数少2个，原子只能有3个电子层，最外层电子数为6，故Z为S元素；M原子外围电子排布式为3dⁿ4sⁿ，由于4s能级最大容纳2个电子，且3d能级容纳电子，故n=2，则M为Ti；W的内层电子已全充满，最外层只有2个电子，原子序数大于硫，只能处于第四周期，原子核外电子数为2+8+18+2=30，故W为Zn，据此解答．

解答 解：X、Y、Z、W是元素周期表前四周期中常见的元素，X的基态原子核外的三个能级上电子数相等，原子核外电子排布为1s²2s²2p²，则X为C元素；Y的单质在空气中燃烧生成一种淡黄色的固体，则Y为Na元素，淡黄色固体是Na₂O₂；Z元素原子的最外层电子数比次外层电子数少2个，原子只能有3个电子层，最外层电子数为6，故Z为S元素；M原子外围电子排布式为3dⁿ4sⁿ，由于4s能级最大容纳2个电子，且3d能级容纳电子，故n=2，则M为Ti；W的内层电子已全充满，最外层只有2个电子，原子序数大于硫，只能处于第四周期，原子核外电子数为2+8+18+2=30，故W为Zn．
（1）X为C元素，C原子核外有2个电子层、最外层有4个电子，所以处于周期表中第二周期ⅣA族，Zn²⁺离子的外围电子排布式为3d¹⁰，
故答案为：第二周期ⅣA族；3d¹⁰；
（2）碳能与氢、氮、氧三种元素构成化合物 CO（NH₂）₂，分子中C与O形成C=O双键，C原子与N原子形成C-N单键，N原子与H原子之间形成N-H单键，分子中C原子成3个σ键，没有孤电子对，故C原子采取sp²杂化，N原子成3个σ键、有1对孤电子对，故N原子采取sp³杂化，该化合物分子中有1个π键、7个σ键，π键与σ键数目之比为1：7，CO（NH₂）₂能与水分子间形成氢键，该物质易溶于水，
故答案为：sp²；sp³；CO（NH₂）₂能与水分子间形成氢键；
（3）Be和Al元素处于周期表中对角线位置，化学性质相似，则Be（OH）₂与NaOH反应生成Na₂BeO₂与H₂O，故反应方程式为：Be（OH）₂+2NaOH═Na₂BeO₂+2H₂O，
故答案为：Be（OH）₂+2NaOH═Na₂BeO₂+2H₂O；
（4）M晶体的原子堆积方式为图1所示，为六方密堆积，以轴线原子研究，层内有6个原子相邻、上、下两层各有3个原子与之相邻，故配位数为12，某M配合物化学式是[M（H₂O）₅Cl]Cl₂•H₂O，M离子与H₂O、Cl^-形成配位键，1mol该配合物中含配位键为6mol，含有配位键的数目是6×6.02×10²³，
故答案为：12；6×6.02×10²³；
（5）可以取三个钾原子形成的小三角形为计算单位，其完全占有的碳原子数是4，占有的钾原子数为$\frac{1}{6}$×3=$\frac{1}{2}$，故碳原子数和钾原子数之比是4：$\frac{1}{2}$=8：1，X的某种晶则其化学式时表示为KC₈，
故答案为：KC₈；
（6）S^2-离子比Na⁺离子多一个电子层，故离子半径：S^2-＞Na⁺；
晶胞中黑色球数目为8，白色球数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，故化学式为Na₂S，黑色球为Na⁺、白色球为S^2-，晶胞质量为4×$\frac{bg/mol}{{N}_{A}mo{l}^{-1}}$，设晶胞中最近的两个S^2-离子的距离为a cm，面对角线上的3个S^2-离子中相邻个离子之间距离最近，晶胞棱长为2a cm×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=$\sqrt{2}$a cm，故晶胞密度为4×$\frac{bg/mol}{{N}_{A}mo{l}^{-1}}$÷（$\sqrt{2}$a cm）³，
故答案为：S^2-；4×$\frac{bg/mol}{{N}_{A}mo{l}^{-1}}$÷（$\sqrt{2}$a cm）³．

点评 本题是对物质结构的考查，涉及核外电子排布、杂化方式、氢键、配合物、晶胞结构及计算，侧重对晶胞计算的考查，对学生的空间想象与数学计算有一定的要求，难度中等．