Question

[化学选修3：物质结构与性质]
Q、R、X、Y、Z为周期表前四周期元素，原子序数依次递增．已知：
①Q为元素周期表中原子半径最小的元素；
②R的基态原子中电子占据三种能量不同的原子轨道，且每种轨道中的电子总数相同；
③Y的基态原子的核外成对电子数是未成对电子数的3倍；
④Q、R、Y三种元素组成的一种化合物M是新装修居室中常含有的一种有害气体，Q、R两种元素组成的原子个数比为1：1的化合物N是中学化学中常见的有机溶剂；
⑤Z有“生物金属”之称，Z⁴⁺离子和氩原子的核外电子排布相同．
请回答下列问题（答题时，Q、R、X、Y、Z用所对应的元素符号表示）
（1）化合物M的空间构型为

平面三角形

，其中心原子采取

sp²

杂化；化合物N在固态时的晶体类型为

分子晶体

．
（2）R、X、Y三种元素的第一电离能由小到大的顺序为

C＜O＜N

；
（3）由上述一种或多种元素组成的与RY₂互为等电子体的分子为

N₂O

（写分子式）
（4）由R、X、Y三种元素组成的RXY^-离子在酸性条件下可与NaClO溶液反应，生成X₂、RY₂等物质．该反应的离子方程式为

2CNO^-+2H⁺+3ClO^-═N₂↑+2CO₂↑+3C1^-+H₂O

．
（5）Z原子基态时的外围电子排布式为

3d²4s²

；Z的一种含氧酸钡盐的晶胞结构如图所示，晶体内与每个Z原子等距离且最近的氧原子数为

6

．

Answer 1

分析：根据前四周期元素，原子序数依次递增，Q为元素周期表中原子半径最小的元素则Q为氢元素；R的基态原子中电子占据三种能量不同的原子轨道，且每种轨道中的电子总数相同则R的电子排布为1S²2S²2P²，即R为碳元素；Y的基态原子的核外成对电子数是未成对电子数的3倍，则Y的电子排布为1S²2S²2P⁴，即Y为氧元素；R、X、Y的原子序数依次递增，即X为N元素，然后推出则M为甲醛，N为苯，再由Z⁴⁺离子和氩原子的核外电子排布相同，则Z的原子序数为22，即Z为钛元素；
（1）根据孤电子对数和σ键数来分析杂化，利用构成晶体的微粒来分析晶体类型；
（2）根据元素的非金属性及电子的排布来分析元素的第一电离能；
（3）根据等电子体中的原子数和价电子数来分析；
（4）根据反应物和生成物来分析离子反应方程式；
（5）利用原子序数来分析电子排布，再利用晶体的结构来分析晶体内与每个Z原子等距离且最近的氧原子的位置．

解答：解：由信息可知，Q为氢元素，R为碳元素，X为N元素，Y为氧元素，Z为钛元素，M为甲醛，N为苯；
（1）化合物M为甲醛，碳原子的孤电子对数为0，碳原子的σ键数为3，则碳原子采取sp²杂化，空间结构为平面三角形，化合物N为苯，是由碳、氢元素组成的化合物，苯是由苯分子直接构成的，则N在固态时的晶体类型为分子晶体，故答案为：平面三角形；sp²；分子晶体；
（2）R、X、Y三种元素的分别为C、N、O，非金属性越强则元素的第一电离能越大，但N原子的电子排布中P轨道半满，则失去1个电子更难，即三种元素中N元素的第一电离能最大，
故答案为：C＜O＜N；
（3）RY₂为CO₂，分子中有3个原子，价电子数为4+6×2=16，N₂O的分子中有3个原子，价电子数为5×2+6=16，则CO₂与N₂O互为等电子体，故答案为：N₂O；
（4）由RXY^-离子在酸性条件下可与NaClO溶液反应，生成X₂、RY₂等物质，由反应物与生成物，利用元素守恒、电荷守恒，则离子方程式为2CNO^-+2H⁺+3ClO^-═N₂↑+2CO₂↑+3C1^-+H₂O，
故答案为：2CNO^-+2H⁺+3ClO^-═N₂↑+2CO₂↑+3C1^-+H₂O；
（5）因Z⁴⁺离子和氩原子的核外电子排布相同，则Z的原子序数为22，即Z为钛元素，其电子基态电子排布为1S²2S²2P⁶3S²3P⁶3d²4s²，电子最后填充3d电子，则外围电子排布为
3d²4s²，由晶体结构图可知，晶体内与每个Z原子等距离且最近的氧原子在棱的位置，则氧原子数为

1×3×8

4

=6，故答案为：3d²4s²；6．

点评：本题考查原子结构与性质，明确元素的位置、结构、性质是解答的关键，电子排布式、杂化类型、晶体类型、性质的比较是高考中常考的考点，N原子的第一电离能比O原子的大是学生解答的难度．