Question

8．X、Y、Z、W为前四周期元素且原子序数依次增大，X的电子层数等于核外电子数，Y元素基态原子核外未成对电子数为2且X与Y形成的化合物在常温下为常见的液体R，Z元素原子最外电子层上s、p电子数相等，W基态原子3d轨道的电子数是4s轨道电子数的3倍．请回答下列问题：
（1）Y基态原子的价电子排布图为，其第一电离能在同周期元素中由大到小排第4 位．
（2）W的元素名称为铁，其基态原子核外有26种空间运动状态不同的电子．
（3）R的中心原子采取的杂化方式为sp³，写出R的一个等电子体：H₂S（或NH₂^-）（填化学式）．
（4）Z与Y在一定条件下可形成高硬度的化合物，该化合物的晶体类型为原子晶体，其由Z、Y构成的最小环为12元环．
（5）W的单质在900℃以下为α型体心立方晶胞，910℃以上W转变为γ型面心立方晶胞，晶胞结构分别如图所示．两种晶体中距离最近的铁原子间距离相同．则在800℃和1000℃下，铁的密度之比为3$\root{3}{6}$：8．

Answer 1

分析 X、Y、Z、W为前四周期元素且原子序数依次增大，X的电子层数等于核外电子数，则X为H元素，Y元素基态原子核外未成对电子数为2，且X与Y形成的化合物在常温下为常见的液体R，则Y为O元素，R为H₂O，Z元素原子最外电子层上s、p电子数相等，且Z的原子序数大于氧，所以Z为Si元素，W基态原子3d轨道的电子数是4s轨道电子数的3倍，则W的外围电子排布为3d⁶4s²，所以W为Fe元素，据此答题；

解答 解：X、Y、Z、W为前四周期元素且原子序数依次增大，X的电子层数等于核外电子数，则X为H元素，Y元素基态原子核外未成对电子数为2，且X与Y形成的化合物在常温下为常见的液体R，则Y为O元素，R为H₂O，Z元素原子最外电子层上s、p电子数相等，且Z的原子序数大于氧，所以Z为Si元素，W基态原子3d轨道的电子数是4s轨道电子数的3倍，则W的外围电子排布为3d⁶4s²，所以W为Fe元素，

（1）Y为O元素，价电子数为6，所以Y基态原子的价电子排布图为 ，其第一电离能在同周期元素中小于N、F、Ne，所以由大到小排第4位，
故答案为：；4；
（2）W为Fe元素，W的元素名称为铁，其基态原子核外有26个电子，所以有26种空间运动状态不同的电子，
故答案：铁；26；
（3）R为H₂O，R的中心原子价层电子对数为$\frac{6+2}{2}$=4，所以采取的杂化方式为sp³杂化，水的一个等电子体为H₂S（或NH₂^-），
故答案为：sp³；H₂S（或NH₂^-）；
（4）Z为Si元素，Y为O元素，Z与Y在一定条件下可形成高硬度的化合物为二氧化硅，该化合物的晶体类型为原子晶体，其由Z、Y构成的最小环为12元环，故答案为：原子晶体；12；
（5）体心立方晶胞中铁原子个数=1+8×$\frac{1}{8}$=2；面心立方晶胞中实际含有的Fe原子个数=6×$\frac{1}{6}$+8×$\frac{1}{8}$=4，设体心立方中晶胞的棱长为x，铁原子的直径为A，则3x²=（2A）²，解得x=$\frac{2\sqrt{3}A}{3}$；铁原子直径=A，所以其晶胞体积=R³，面心立方中晶胞的对角线为2A，则其边长=$\sqrt{2}A$，其晶胞体积=2$\sqrt{2}$A³．
体心立方的密度与面心立方的密度之比=$\frac{2m}{（\frac{2\sqrt{3}}{3}{A）}^{3}}$：$\frac{4m}{2\sqrt{2}{A}^{3}}$=3$\root{3}{6}$：8，故答案为：3$\root{3}{6}$：8．

点评 本题综合考查物质结构与性质，涉及核外电子排布规律、杂化理论、等电子体、晶胞的密度等知识点，难点是计算晶胞的密度之比，能正确解答晶胞的体积是解本题的关键，知道体心立方和面心立方中哪三个原子紧密相连即可分析解答，难度中等．