Question

(15分)X、Y、Z、W为前四周期的元素，其原子序数依次增大。Y元素最外层电子数是其内层电子数的3倍。X与Y形成的常见化合物多于两种。Z与Y、W分处不同周期，且Z的离子是构成叶绿素中重要大环有机物的中心离子。W被称为继铁、铝之后的第三金属。请根据上述信息回答下列问题：
（1）请画出X基态原子价电子的电子排布图：                   。
（2）X、Y、Z三种元素第一电离能由大到小顺序是：                (写元素符号)。
（3）X最高价氧化物对应水化物中X的杂化方式是：            。
（4）X气态氢化物分子的空间构型为：        ，X的气态氢化物与Y的气态氢化    物比较沸点高的是:         (写分子式)，键角较大的是          (写分子式)。
（5）W晶体的晶胞如图所示，其配位数为：          。假设该晶胞中的钛原子的直径为a pm， N_a为阿伏伽德罗常数，请列式表示该晶体的密度为               g/cm³。

Answer 1

 
⑴                    (2’)
⑵N＞O＞Mg(2’)
⑶sp²(1’)
⑷三角锥形，H₂O，NH₃(各2’)
⑸12(2’)， (2’)

试题分析：X、Y、Z、W为前四周期的元素，其原子序数依次增大，Y元素最外层电子数是其内层电子数的3倍，则Y为O元素，X与Y形成的常见化合物多于两种，则X为N元素，Z的离子是构成叶绿素中重要大环有机物的中心离子，Z为Mg元素，W被称为继铁、铝之后的第三金属，则W为Ti元素。
（1）x为N元素，基态原子价电子为2s²2p³，所以电子排布图为：

（2）N元素基态原子2p轨道排布了3个电子，半充满，为稳定状态，则N元素的第一电离能大于O元素的第一电离能，所以X、Y、Z三种元素第一电离能由大到小顺序是：N＞O＞Mg
（3）X最高价氧化物对应水化物为HNO₃，N原子形成了3个σ键，不含孤对电子，所以N原子的杂化方式为sp²杂化。
（4）X气态氢化物为NH₃，NH₃分子的空间构型为三角锥形；NH₃在常温下为气体，Y的气态氢化物为H₂O，沸点为100℃，所以H₂O的沸点更高；NH₃中N原子和H₂O中O原子都是sp³杂化，N原子有一对孤对电子，O原子有二对孤对电子，对成键电子对的排斥作用更强，所以NH₃的键角较大。
（5）钛晶体为六方最密堆积，所以配位数为12；根据晶胞示意图和均摊法可知一个晶胞含Ti原子：8×1/8+1=2，则一个晶胞的质量为2×48/N_a g，根据数学知识可求出一个晶胞的体积为a³×10^-30cm3，所以该晶体的密度2×48/N_a÷a³×10^-30 g/cm³= g/cm³