Question

X、Y、Z、W为元素周期表前四周期的元素．其中X原子核外的L层电子数是K层电子数的两倍，Y的内层电子数是最外层电子数的9倍，Z在元素周期表的各元素中电负性最大，W元素的第三电子层处于全充满状态且第四电子层只有2个电子．请回答下列问题．

（1）W元素属于

 

区元素，其基态原子的电子排布式为

 

．
（2）W²⁺能与氨气分子形成配离子[W（NH₃）₄]²⁺．其中配体分子的空间构型为

 

，写出该配离子的结构简式（标明配位键）

 

．
（3）X能与氢、氮，氧三种元素构成化合物XO（NH₂）₂，其中X原子的杂化方式为

 

，1mol分子中σ键的数目为

 

，该物质易溶水的主要原因是

 

．
（4）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①所示，则其化学式时表示为

 

．
（5）元素Y与元素Z形成的晶体结构如图②所示，设晶胞中最近的Y的离子与Z的离子的距离为a pm，该化合物的摩尔质量为bg/mol，则该品胞密度的计算式为

 

g/cm³．

Answer 1

考点：原子核外电子排布,共价键的形成及共价键的主要类型,判断简单分子或离子的构型,晶胞的计算,原子轨道杂化方式及杂化类型判断

专题：原子组成与结构专题,化学键与晶体结构

分析：X、Y、Z、M为元素周期表前四周期的元素，X原子核外的L层电子数是K层电子数的两倍，则X有2个电子层，最外层电子数为4，故X为C元素；Y的内层电子数是最外层电子数的9倍，Y只能处于第四周期，最外层电子数只能为2，内层电子总数为18，核外电子总数为20，故Y为Ca元素；Z在元素周期表的各元素中电负性最大，则Z为F元素，W元素的第三电子层处于全充满状态且第四电子层只有2个电子，则W的质子数为2+8+18+2=30，即W为Zn，据此解答．

解答： 解：X、Y、Z、M为元素周期表前四周期的元素，X原子核外的L层电子数是K层电子数的两倍，则X有2个电子层，最外层电子数为4，故X为C元素；Y的内层电子数是最外层电子数的9倍，Y只能处于第四周期，最外层电子数只能为2，内层电子总数为18，核外电子总数为20，故Y为Ca元素；Z在元素周期表的各元素中电负性最大，则Z为F元素，W元素的第三电子层处于全充满状态且第四电子层只有2个电子，则W的质子数为2+8+18+2=30，即W为Zn，
（1）Zn属于ds区元素，其基态原子的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁴3d¹⁰4s²．故答案为：ds；1s²2s²2p⁶3s²3p⁴3d¹⁰4s²；
（2）W²⁺能与氨气分子形成配离子[W（NH₃）₄]²⁺．其中配体为氨气分子，NH₃分子中N原子成3个N-H单键、含有1对孤对电子，杂化轨道数为4，采取sp³杂化，故NH₃分子为三角锥形，[Zn（NH₃）₄]²⁺中Zn²⁺有空轨道，N有孤对电子，则配离子的结构简式为，故答案为：三角锥形，；

（3）X为C元素，则XO（NH₂）₂分子的结构简式为，所以该分子中碳原子的杂化方式为sp²杂化，每个分子中含有7个σ键，所以1mol尿素中含有7molσ键，因为与水分子间易形成氢键，所以该物质易溶水；
故答案为：sp²；7mol或7×6.02×10²³个；与水分子间易形成氢键；
（4）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

1

6

×3=

1

2

，故碳原子数和钾原子数之比是4：

1

2

=8：1，X的某种晶则其化学式时表示为KC₈；故答案为：KC₈；
（5）设边长为xpm，上下方向的平面：晶胞上底面、下底面、中间4个蓝色球构成的2个平面、4个面心球构成面，这5个面之间的距离相等为

1

4

xpm，同理，左右方向形成的面间的距离相等为

1

4

xpm，故a球到晶胞右侧面的距离为

1

4

xpm，从a球向晶胞下底面作垂线，垂足为o，再作oc垂直棱，，即oc为

1

4

xpm，bc长为

1

4

xpm，ao长为

1

4

xpm，ab两球的距离=

( x 4 ) 2+( x 4 ) 2+( x 4 ) 2

=

3 x

4

pm=a，所以x=

4a

3

pm，元素Ca与元素F形成晶体，晶胞中蓝色球数目=8×

1

8

+6×

1

2

=4、蓝色球为8个，故化学式为CaF₂，该化合物的摩尔质量为bg/mol，晶胞质量=4×

b

N A

g，晶胞边长为xpm，则晶胞体积=（x×10^-10 cm）³=x³×10^-30cm³=

64a 3 3

9

×10^-30cm³则晶胞密度=

4× b N A

64a 3 3 9 ×10 -30

=

3b 3

16N Aa 3

×10^-30g/cm³，
故答案为：=

3b 3

16N Aa 3

×10^-30g/cm³．

点评：本题是对物质结构的考查，涉及核外电子的排布、分子结构与性质、晶胞计算等，（5）中计算为易错点、难点，注意利用各面距离相等计算，需要学生具有一定的空间想象与数学运算能力，难度较大．