Question

4．W、M、X、Y四种短周期元素在周期表中的位置如图1所示，其中只有M为金属元素．Z是第四周期元素，Z的3d轨道中有6个电子．请回答下列问题：

（1）Z基态原子的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²{或[Ar]3d⁶4s²}，比较W与Y两种元素的第一电离能大小：F＞S（用元素符号表示）．
（2）写出X的氧化物与W的氢化物的水溶液反应的化学方程式：SiO₂+4HF=SiF₄↑+2H₂O
（3）科学家研制出一种英文名为sulflower的新型分子C₁₆Y₈（结构如图2所示），它将成为潜在的储氢材料．C₁₆Y₈分子中π键与σ键的个数比为1：4，1molC₁₆Y₈最多能与8molH₂发生加成反应．
（4）Z与Y形成的某种化合物的晶胞结构如图3所示，该化合物的化学式为FeS₂．已知该晶胞边长为a cm，则该化合物的密度为$\frac{352}{{a}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3（设N_A为阿伏伽德罗常数的数值）．

Answer 1

分析 W、M、X、Y四种短周期元素在周期表中的位置如图1所示，其中只有M为金属元素，根据元素在周期表中的位置知，M是Al、X是Si、Y是S、W是F元素；
Z是第四周期元素，Z的3d轨道中有6个电子，则Z为Fe元素；
（1）Z为26号元素Fe，其原子核外有26个电子，根据构造原理书写Z基态原子的电子排布式；
W是F元素、Y是S元素，同一周期元素，第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，同一主族元素，第一电离能随着原子序数增大而减小；
（2）X是Si，X的氧化物是二氧化硅，W是F元素，其氢化物是HF，二氧化硅和HF反应生成四氟化硅和水；
（3）共价单键为σ键，共价双键中一个是σ键一个是π键；
碳碳双键能和氢气发生加成反应，且碳碳双键和氢气按1：1反应；
（4）Fe与S形成的某种化合物的晶胞结构如图3所示，该晶胞中Fe原子个数8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，S原子个数为8，据此计算该化合物的化学式；
该晶胞边长为a cm，体积为a³cm³，该化合物的密度=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{V}$．

解答 解：W、M、X、Y四种短周期元素在周期表中的位置如图1所示，其中只有M为金属元素，根据元素在周期表中的位置知，M是Al、X是Si、Y是S、W是F元素；
Z是第四周期元素，Z的3d轨道中有6个电子，则Z为Fe元素；
（1）Z为26号元素Fe，其原子核外有26个电子，根据构造原理书写Z基态原子的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²{或[Ar]3d⁶4s²}；
W是F元素、Y是S元素，同一周期元素，第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，同一主族元素，第一电离能随着原子序数增大而减小，所以第一电离能S＜Cl、Cl＜F，则F＞S；
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²{或[Ar]3d⁶4s²}；F＞S；
（2）X是Si，X的氧化物是二氧化硅，W是F元素，其氢化物是HF，二氧化硅和HF反应生成四氟化硅和水，二者反应方程式为SiO₂+4HF=SiF₄↑+2H₂O，
故答案为：SiO₂+4HF=SiF₄↑+2H₂O；
（3）共价单键为σ键，共价双键中一个是σ键一个是π键，该分子中σ键、π键个数分别是32、8，所以σ键、π键个数之比=32：8=4：1，所以π键与σ键的个数比为1：4；
碳碳双键能和氢气发生加成反应，且碳碳双键和氢气按1：1反应，该反应中含有8个碳碳双键，所以1molC₁₆Y₈最多能与8mol氢气发生加成反应，
故答案为：1：4；8；
（4）Fe与S形成的某种化合物的晶胞结构如图3所示，该晶胞中Fe原子个数8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，S原子个数为8，则该晶胞中Fe、S原子个数之比=4：8=1：2，其化学式为FeS₂；
该晶胞边长为a cm，体积为a³cm³，该化合物的密度=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{V}$=$\frac{\frac{88}{{N}_{A}}×4}{{a}^{3}}$g•cm^-3=$\frac{352}{{a}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3，
故答案为：FeS₂；$\frac{352}{{a}^{3}{N}_{A}}$．

点评 本题考查晶胞计算、原子核外电子排布、电离能等知识点，侧重考查学生计算及空间想象能力，这些都是高频考点，难点是（4）中密度计算，注意密度公式中$\frac{M}{{N}_{A}}$的含义，题目难度中等．