Question

14．X、Y、Z、W、Q五种元素的原子序数依次增大，X、Y、Z、W属于短周期元素．已知X位于周期表的s区，其原子中电子层数和未成对电子数相同；Y原子核外有三个能级，且每个能级上容纳的电子数相同；W原子最外层电子数是次外层电子数的3倍；Q元素的原子核外有26个运动状态完全不相同的电子．回答下列问题：
（1）仅由X与W组成的含18个电子的分子的结构式为H-O-O-H．
（2）YZW中第一电离能最大的是N（填元素符号），Q的基态原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²．
（3）YW₃^2-离子的空间构型是平面三角形，其中心原子的杂化轨道类型是sp²．
（4）已知由Q、Z、W三种元素按照1：3：9的原子个数比可形成某离子化合物，常温下测得该离子化合物的水溶液pH=2，则该溶液中由水电离产生的c（H⁺）为0.01mol/L．
（5）Y的一种单质相对分子质量为720，分子构型为一个32面体，其中有12个五元环，20个六元环（如图1）．则1个这种单质分子中所含π键的数目为30N_A．
（6）Q元素的单质在形成晶体时，其晶胞如图2所示．则Q原子的配位数为8，若Q的原子半径为acm，阿伏加德罗常数的值为N_A，则该单质的密度为$\frac{2×56}{{N}_{A}×（\frac{4a}{\sqrt{3}}）3}$g/cm³（不必化简）．

Answer 1

分析 X、Y、Z、W、Q五种元素的原子序数依次增大，X、Y、Z、W属于短周期元素．已知X位于周期表的s区，其原子中电子层数和未成对电子数相同，则A为H元素；Y原子核外有三个能级，且每个能级上容纳的电子数相同，原子核外电子排布式为1s²2s²2p²，则Y为C元素；W原子最外层电子数是次外层电子数的3倍，原子只能有2个电子层，最外层电子数为6，则W为O元素；Z的原子序数介于碳、氧之间，则Z为N元素；Q元素的原子核外有26个运动状态完全不相同的电子，则Q为Fe．

解答 解：X、Y、Z、W、Q五种元素的原子序数依次增大，X、Y、Z、W属于短周期元素．已知X位于周期表的s区，其原子中电子层数和未成对电子数相同，则A为H元素；Y原子核外有三个能级，且每个能级上容纳的电子数相同，原子核外电子排布式为1s²2s²2p²，则Y为C元素；W原子最外层电子数是次外层电子数的3倍，原子只能有2个电子层，最外层电子数为6，则W为O元素；Z的原子序数介于碳、氧之间，则Z为N元素；Q元素的原子核外有26个运动状态完全不相同的电子，则Q为Fe．
（1）由H与O组成的含18个电子的分子为H₂O₂，结构式为H-O-O-H，故答案为：H-O-O-H；
（2）同周期随原子序数增大，元素第一电离能呈增大趋势，氮元素原子2p能级为半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素的，故第一电离能最大的是N＞O＞C；
Q元素的原子核外有26个运动状态完全不相同的电子，核外电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，
故答案为：N；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²；
（3）CO₃^2-离子中C原子孤电子对数=$\frac{4+2-2×3}{2}$=0、价层电子对数为3+0=3，离子的空间构型是 平面三角形，其中心原子的杂化轨道类型是sp²杂化，
故答案为：平面三角形；sp²；
（4）由Fe、N、O三种元素按照1：3：9的原子个数比可形成某离子化合物为Fe（NO₃）₃，铁离子水解溶液呈酸性，常温下测得该离子化合物的水溶液pH=2，则该溶液中由水电离产生的c（H⁺）为0.01mol/L，
故答案为：0.01mol/L；
（5）碳元素的一种单质相对分子质量为720，则该分子为C₆₀，分子构型为一个32面体，其中有12个五元环，20个六元环，每个碳周围有一个碳碳双键和两个碳碳单键，均为两个碳共用，所以每个碳实际占有的碳碳双键数为0.5，而每个双键中有一个π键，所以C₆₀中π键的数目为60×0.5N_A=30N_A，
故答案为：30N_A；
（6）Fe元素对应的单质在形成晶体时，采用图中堆积模型为体心立方堆积，即在立方体的中心有一个铁原子，与这个铁原子距离最近的原子位于立方体的8个顶点，所以铁的配位数为8；
晶胞中Fe原子数目为1+8×$\frac{1}{8}$=2，晶胞质量为2×$\frac{56}{{N}_{A}}$g，如果Fe的原子半径为 a cm，则立方体的边长为$\frac{4a}{\sqrt{3}}$cm，晶胞的体积为（$\frac{4a}{\sqrt{3}}$cm）³，所以铁单质的密度表达式为2×$\frac{56}{{N}_{A}}$g÷（$\frac{4a}{\sqrt{3}}$cm）³=$\frac{2×56}{{N}_{A}×（\frac{4a}{\sqrt{3}}）3}$g/cm³，
故答案为：8；$\frac{2×56}{{N}_{A}×（\frac{4a}{\sqrt{3}}）3}$．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及结构与位置关系、核外电子排布、电离能、杂化方式与空间构型判断、盐类水解、晶胞结构与计算，（5）（6）为易错点、难点，需要学生具备一定空间想象与计算能力，难度中等．．