Question

X、Y、Z、W为前四周期的元素，其原子序数依次增大．Y元素最外层电子数是其内层电子数的3倍．X与Y形成的常见化合物多于两种．Z与Y、W分处不同周期，且Z的离子是构成叶绿素中重要大环有机物的中心离子．W被称为继铁、铝之后的第三金属．请根据上述信息回答下列问题：
（1）请画出X基态原子价电子的电子排布图：

 

．
（2）X、Y、Z三种元素第一电离能由大到小顺序是：

 

（写元素符号）．
（3）X最高价氧化物对应水化物中X的杂化方式是：

 

．
（4）X气态氢化物分子的空间构型为：

 

，X的气态氢化物与Y的气态氢化物比较沸点高的是

 

（写分子式），键角较大的是

 

（写分子式）．
（5）W晶体的晶胞如图所示，其配位数为：

 

．假设该晶胞中的钛原子的直径为a pm，N_A为阿伏伽德罗常数，请列式表示该晶体的密度为

 

g/cm³．

Answer 1

考点：晶胞的计算,位置结构性质的相互关系应用,原子轨道杂化方式及杂化类型判断

专题：元素周期律与元素周期表专题,化学键与晶体结构

分析：X、Y、Z、W为前四周期的元素，其原子序数依次增大．Y元素最外层电子数是其内层电子数的3倍，原子只能有2个电子层，最外层电子数为6，则Y为O元素．X与Y形成的常见化合物多于两种，则X为N元素；W被称为继铁、铝之后的第三金属，W为Ti，Z与Y、W分处不同周期，且Z的离子是构成叶绿素中重要大环有机物的中心离子，则Z为Mg，据此解答．

解答： 解：X、Y、Z、W为前四周期的元素，其原子序数依次增大．Y元素最外层电子数是其内层电子数的3倍，原子只能有2个电子层，最外层电子数为6，则Y为O元素．X与Y形成的常见化合物多于两种，则X为N元素；W被称为继铁、铝之后的第三金属，W为Ti，Z与Y、W分处不同周期，且Z的离子是构成叶绿素中重要大环有机物的中心离子，则Z为Mg，
（1）X为N元素，基态原子价电子排布式为2s²2p³，价电子电子排布图：，
故答案为：；
（2）N元素2p轨道容纳3个电子，处于半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于O元素，Mg为金属元素，第一电离能最小，故三种元素第一电离能由大到小顺序是：N＞O＞Mg，
故答案为：N＞O＞Mg；
（3）N最高价氧化物对应水化物为HNO₃，分子中N原子价层电子对数=3+

5-1-2×2

2

=3，N原子采取sp²杂化方式，
故答案为：sp²；
（4）N气态氢化物为NH₃，分子的空间构型为：三角锥形，常温下水为液态，而氨气为气态，故H₂O的沸点较高，水分子中孤电子对之间的排斥大于氨气分子中孤电子对与成键电子对之间的排斥，故NH₃分子中键角较大，
故答案为：三角锥形；H₂O；NH₃；
（5）由Ti晶体的晶胞结构可知，为六方最密堆积，Ti原子配位数为12，晶胞体内Ti原子与如图虚线连接的Ti原子形成正四面体结构：，假设该晶胞中的钛原子的直径为a pm，则正四面体的棱长为a pm，正四面体如图，即AB长=a pm，BO长=a pm×

3

2

×

2

3

=

3

3

a pm，故AO长=

a2-( 3 3 a)2

pm=

6

3

a pm，故晶胞的高=2×=

6

3

a pm=

2 6

3

a pm=

2 6

3

a×10^-10 cm，晶胞底面面积=a×10^-10 cm×（a×10^-10 cm×

3

2

）=

3

2

a²×10^-20 cm²，故晶胞体积=

3

2

a²×10^-20 cm²×

2 6

3

a×10^-10 cm=

2

a³×10^-30 cm³，
晶胞中Ti原子数目=1+8×

1

8

=2，晶胞质量=2×

48

NA

g，故晶胞密度=（2×

48

NA

g）÷（

2

a³×10^-30 cm³）=

48 2 ×1030

a3×NA

g/cm³，
故答案为：

48 2 ×1030

a3×NA

．

点评：本题是对物质结构的考查，涉及核外电子排布、电离能、分子结构与性质、晶胞结构与计算，难度中等，（5）中密度计算为易错点、难点，关键是计算晶胞的高，需要学生具备一定的空间想象与数学计算能力．