Question

【化学—选修3：物质结构与性质】（15分）

前四周期元素X、Y、Z、W、R的原子序数依次增大，已知：X原子的2p轨道为半充满状态；Y原子的L层有2个未成对电子；Z与Y位于同主族；W的+2价简单离子核外电子层排布与Ar原子相同；R原子的d轨道上有3个空轨道。请回答下列问题：

（1）R原子的基态电子排布式为 。

（2）X、Y原子的第一电离能大小顺序为 。（用元素符号表示）

（3）X的常见单质分子结构中σ键数目为 。

（4）Z的最高价氧化物对应水化物的酸根离子空间构型为 ，中心原子的杂化轨道类型为 。

（5）某矿物晶体由Y、W、R三种元素组成，其晶胞结构如图所示。

则该矿物的化学式为 ，若已知该晶胞的边长为a cm，则该晶胞的密度为 g/cm3。（用含a、NA的代数式表示）

Answer 1

（1）[Ar]3d24s2 （2）N>O （3）1 （4）正四面体 sp3

（5）CaTiO3 136/a3NA (3分)

【解析】

试题分析：前四周期元素X、Y、Z、W、R的原子序数依次增大，已知：X原子的2p轨道为半充满状态，则X是氮元素；Y原子的L层有2个未成对电子，原子序数大于氮元素，因此Y是氧元素；Z与Y位于同主族，则Z是S；W的+2价简单离子核外电子层排布与Ar原子相同，则W是Ca；R原子的d轨道上有3个空轨道，则R的原子序数是18+2+2＝22，即R是钛元素。

（1）根据核外电子排布规律可知，钛原子的基态电子排布式为)[Ar]3d24s2。

（2）由于氮元素的2p轨道电子处于半充满状态稳定性强，因此X、Y原子的第一电离能大小顺序为N＞O。

（3）N的常见单质分子是氮气，氮气含有三键，则结构中σ键数目为1个。

（4）Z的最高价氧化物对应水化物的酸根离子是硫酸根离子。由于S元素不存在孤对电子对数，因此空间构型为正四面体，中心原子的杂化轨道类型为sp3。

（5）根据晶胞结构可知含Ti原子的个数是8×1？8＋1，含Ca原子是1个，含O原子是6×1/2＝3个，则该矿物的化学式为CaTiO3；若已知该晶胞的边长为a cm，所以有，则该晶胞的密度为g/cm3。

考点：考查核外电子数、第一电离能、杂化轨道、空间构型、共价键以及晶胞的计算等