Question

19．原子序数依次递增且都小于36的X、Y、Z、Q、W四种元素，其中X是原子半径最小的元素，Y原子基态时最外层电子数是其内层电子数的2倍，Q原子基态时2p原子轨道上有2个未成对的电子，W元素的原子结构中3d能级有4个未成对电子．回答下列问题：
（1）Y₂X₂分子中Y原子轨道的杂化类型为sp，Y₂X₂分子中σ键和π键个数比为3：2．
（2）化合物ZX₃的沸点比化合物YX₄的高，其主要原因是NH₃分子间存在氢键．
（3）元素Y的一种氧化物与元素Z的一种氧化物互为等电子体，元素Z的这种氧化物的分子式是N₂O．
（4）元素W能形成多种配合物，如：W（CO）₅等．
①基态W³⁺的M层电子排布式为3s²3p⁶3d⁵．
②W（CO）₅常温下呈液态，熔点为-20.5℃，沸点为103℃，易溶于非极性溶剂，据此可判断W（CO）_x晶体属于分子晶体（填晶体类型），该晶体中W的化合价为0．
（5）下列有关的说法正确的是BC．
A．分子晶体中，共价键键能越大，该分子晶体的熔沸点越高
B．电负性顺序：X＜Y＜Z＜Q
C．因为晶格能CaO比KCl高，所以KCl比CaO熔点低
D．H₂ YO₃的分子结构中含有一个非羟基氧，故其为中强酸
（6）Q和Na形成的一种只含有离子键的离子化合物的晶胞结构如图，距一个阴离子周围最近的所有阳离子为顶点构成的几何体为立方体．已知该晶胞密度为ρ g/cm³，阿伏加德罗常数为N_A，求晶胞边长a=$\root{3}{\frac{248}{ρ{N}_{A}}}$cm．（用含ρ、N_A的计算式表示）

Answer 1

分析 原子序数依次递增且都小于36的X、Y、Z、Q、W四种元素，其中X是原子半径最小的元素，则X是H元素；Y原子基态时最外层电子数是其内层电子数的2倍，则Y是C元素；Q原子基态时2p原子轨道上有2个未成对的电子，原子序数大于碳，核外电子排布式为1s²2s²2p⁴，则Q为O元素；Z的原子序数介于碳、氧之间，则Z为N元素；W元素的原子结构中3d能级有4个未成对电子，外围电子排布为3d⁶4s²，则W为Fe．
（1）Y₂X₂分子是C₂H₂，结构式为HC≡CH，分子中C原子轨道的杂化类型为sp杂化，单键为σ键，三键含有1个σ键、2个π键；
（2）化合物ZX₃是NH₃，在氨分子之间除了存在分子间作用力外还存在氢键，增加了分子之间的吸引力；
（3）等电子体是原子数相同、原子最外层电子数也相同的微粒；
（4）①Fe原子核外电子排布为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，失去4s能级2个电子、3d能级1个电子形成Fe³⁺；
②W（CO）₅常温下呈液态，其熔沸点较低，易溶于非极性溶剂，可判断W（CO）_x晶体属于分子晶体，在任何化合物中所有元素正负化合价的代数和为0；
（5）A．分子晶体的熔沸点与化学键的强弱无关，只与分子之间的作用力作用；
B．元素的非金属性越强，其电负性就越大；
C．KCl、CaO均属于离子晶体，离子电荷越大、离子半径越小，晶格能越大，熔点越高；
D．H₂CO₃为弱酸；
（6）晶胞中白色球数目为8，黑色球数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，则白色球为钠离子、黑色球为氧离子，氧离子周围有8个钠离子，形成立方体结构，再用阿伏伽德罗常数表示出晶胞质量，结合ρ=$\frac{m}{V}$计算．

解答 解：原子序数依次递增且都小于36的X、Y、Z、Q、W四种元素，其中X是原子半径最小的元素，则X是H元素；Y原子基态时最外层电子数是其内层电子数的2倍，则Y是C元素；Q原子基态时2p原子轨道上有2个未成对的电子，原子序数大于碳，核外电子排布式为1s²2s²2p⁴，则Q为O元素；Z的原子序数介于碳、氧之间，则Z为N元素；W元素的原子结构中3d能级有4个未成对电子，外围电子排布为3d⁶4s²，则W为Fe．
（1）Y₂X₂分子是C₂H₂，结构式为HC≡CH，分子中C原子轨道的杂化类型为sp杂化，单键为σ键，三键含有1个σ键、2个π键，分子中σ键和π键个数比为3：2，
故答案为：sp；3：2；
（2）化合物ZX₃是NH₃，在氨分子之间除了存在分子间作用力外还存在氢键，增加了分子之间的吸引力，使其的沸点比只有分子间作用力的化合物CH₄的高，
故答案为：NH₃分子间存在氢键；
（3）等电子体是原子数相同，原子最外层电子数也相同的微粒．元素Y的一种氧化物与元素Z的一种氧化物互为等电子体，它们是CO₂与N₂O，则元素Z的这种氧化物的分子式是N₂O，
故答案为：N₂O；
（4）①Fe原子核外电子排布为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，失去4s能级2个电子、3d能级1个电子形成Fe³⁺，基态Fe³⁺的M层电子排布式为3s²3p⁶3d⁵，
故答案为：3s²3p⁶3d⁵；
②W（CO）₅常温下呈液态，熔点为-20.5℃，沸点为103℃，易溶于非极性溶剂，由于其熔沸点较低，易溶于非极性溶剂，所以据此可判断W（CO）_x晶体属于分子晶体，在任何化合物水所有元素正负化合价的代数和为0，因此该晶体中W的化合价为0，
故答案为：分子晶体；0；
（5）A．分子晶体中，共价键键能越大，含有该共价键的物质的分子稳定性越强，而分子晶体的熔沸点与化学键的强弱无关，只与分子之间的作用力作用，因此不能判断物质的熔沸点的高低，故A错误；
B．元素的非金属性越强，其电负性就越大，元素的非金属性H＜C＜N＜O，所以电负性顺序：X＜Y＜Z＜Q，故B正确；
C．KCl、CaO均属于离子晶体，离子电荷越大、离子半径越小，晶格能越大，因为晶格能CaO比KCl高，断裂消耗的能量就越大，所以KCl比CaO熔点低，故C正确；
D．H₂CO₃为弱酸，故D错误．
故选：BC；
（6）晶胞中白色球数目为8，黑色球数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，则白色球为钠离子、黑色球为氧离子，氧离子周围有8个钠离子，形成立方体结构；
根据均摊法计算晶胞中Na⁺个数、O^2-个数，
在一个晶胞中含Na⁺个数是8；含有O^2-个数是4，所以一个晶胞的质量为4×$\frac{62}{{N}_{A}}$g，该晶胞密度为ρ g/cm³，晶胞的边长是acm，则$\frac{4×\frac{62}{{N}_{A}}g}{（acm）^{3}}$=ρ g/cm³，整理可得a=$\root{3}{\frac{248}{ρ{N}_{A}}}$cm，
故答案为：立方体；$\root{3}{\frac{248}{ρ{N}_{A}}}$．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、化学键、配合物、晶胞计算、晶体类型与性质、电负性等，是对物质结构主干知识的考查，（6）中把微观与宏观通过阿伏加德罗常数有机结合在一起，难度中等．