Question

8．W、X、Y、Z（W、X、Y、Z分别代表元素符号）均为元素周期表中前四周期的元素，其原子序数依次增大，其中W、X、Y为短周期元素，它们的单质在通常状况下均为无色气体．X元素的基态原子在同周期元素基态原子中含有的未成对电子数最多，Y元素的基态原子中s能级上的电子数等于p能级上的电子数，Z为金属元素，其基态原子是具有4s¹结构的基态原子中质子数最多的原子，试回答下列各题：
（1）写出X的基态原子的核外电子排布式1s²2s²2p³；
（2）比较X、Y两元素基态原子的第一电离能大小：X＞Y（填“＞”、“＜”或“=”），理由是氮原子2p能级为半满结构，该结构相对稳定，难以失去电子；
（3）W、X两元素能形成一种常见气体M，每个M分子中含有l0个电子，M分子中心原子的杂化方式为sp³；W、X两种元素还能形成一种常见阳离子N，每个N中也含有10个电子，但在N与M中所含化学键的键角大小不同，其原因是两微粒虽中心原子杂化方式相同，但是由于氨分子存在一对孤对电子，其占据氮原子核外空间较大，对成键电子对排斥力强，所以使得氨分子中化学键的键角比铵根离子中的小；
（4）Z²⁺可与M分子在水溶液中形成[Z（M）₄]²⁺，其中M分子和Z²⁺通过配位键结合；
（5）单质Z的晶胞结构如图所示，则每个晶胞中含有原子Z的个数为4．

Answer 1

分析 W、X、Y、Z（W、X、Y、Z分别代表元素符号）均为元素周期表中前四周期的元素，其原子序数依次增大，其中W、X、Y为短周期元素，它们的单质在通常状况下均为无色气体；X元素的基态原子在同周期元素基态原子中含有的未成对电子数最多，则X的单质为氮气，X为N元素；Y元素的基态原子中s能级上的电子数等于p能级上的电子数，且Y的原子序数大于N元素，1s²2s²2p⁴或1s²2s²2p⁶3s²，由于Y的单质为气体，则Y为O元素；X的原子序数小于N元素，且单质在常温下为气态、结合（3）能够形成化合物M，则X为H元素；Z为金属元素，其基态原子是具有4s¹结构的基态原子中质子数最多的原子，则其核外电子排布式中的能层电子都已经排满，其基态原子的核外电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，则Z为Cu元素，据此进行解答．

解答 解：W、X、Y、Z（W、X、Y、Z分别代表元素符号）均为元素周期表中前四周期的元素，其原子序数依次增大，其中W、X、Y为短周期元素，它们的单质在通常状况下均为无色气体；X元素的基态原子在同周期元素基态原子中含有的未成对电子数最多，则X的单质为氮气，X为N元素；Y元素的基态原子中s能级上的电子数等于p能级上的电子数，且Y的原子序数大于N元素，1s²2s²2p⁴或1s²2s²2p⁶3s²，由于Y的单质为气体，则Y为O元素；X的原子序数小于N元素，且单质在常温下为气态、结合（3）能够形成化合物M，则X为H元素；Z为金属元素，其基态原子是具有4s¹结构的基态原子中质子数最多的原子，则其核外电子排布式中的能层电子都已经排满，其基态原子的核外电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，则Z为Cu元素，
（1）X为N元素，其原子序数为7，其基态原子核外电子排布式为：1s²2s²2p³，故答案为：1s²2s²2p³ ；
（2）由于N原子2p能级为半满结构，该结构相对稳定，难以失去电子，所以N原子的第一电离能大于O原子，
故答案为：＞；氮原子2p能级为半满结构，该结构相对稳定，难以失去电子；
（3）W、X两元素能形成一种常见气体M，每个M分子中含有l0个电子，则M为氨气，氨气分子中含有3个氮氢键和一对孤对电子，则氨气的中心原子N原子采用sp³杂化；W、X两种元素还能形成一种常见阳离子N，每个N中也含有10个电子，则N为铵根离子，由于两微粒虽中心原子杂化方式相同，但是由于氨分子存在一对孤对电子，其占据氮原子核外空间较大，对成键电子对排斥力强，所以使得氨分子中化学键的键角比铵根离子中的小，
故答案为：sp³；两微粒虽中心原子杂化方式相同，但是由于氨分子存在一对孤对电子，其占据氮原子核外空间较大，对成键电子对排斥力强，所以使得氨分子中化学键的键角比铵根离子中的小；
（4）Cu²⁺可以与NH₃形成配合物，其中NH₃中N提供孤对电子，Cu²⁺提供空轨道，而形成配位键，故答案为：配位键；
（5）Z为Cu元素，在每个顶点和面上分别含有1个铜原子，根据均摊法，每个晶胞中铜原子个数为8×$\frac{1}{8}$+$\frac{1}{2}$×6=4，故答案为：4．

点评 本题考查了位置、结构与性质关系的应用，题目难度中等，正确推断各元素为解答关键，注意熟练掌握原子结构与元素周期表、元素周期律的关系，（3）为易错点，注意从氨气分子中的孤对电子对成键电子对的斥力角度分析，试题培养了学生的分析、理解能力及灵活应用基础知识的能力．