Question

12．四种常见元素的相关信息如下表所示，请回答下列问题：

元素	X	Y	Z	W
相关信息	短周期p区元素，有种单质常作电极材料	基态原子2p能级上各轨道中均有电子且电子的自旋方向相同	基态原子的核外电子共有17种运动状态	位于第四周期第VA族

（1）W的基态原子的价电子排布式为4s²4p³，Z、W两种元素的第一电离能的大小关系为Cl＞As（用元素符号表示）．
（2）Z能与X、Y、W形成XZ₄、YZ₃、WZ₃、WZ₅等化合物，其中中心原子杂化方式为sp³的分子是CCl₄、NCl₃、AsCl₃（填化学式，下同），分子构型为正四面体的是CCl₄．
（3）Y、Z及氢、铂元素可组成为Pt（YH₃）₂Z₂的配合物，该配合物存在两种不同的结构：一种为淡黄色（Q），不具有抗癌作用，在水中的溶解度小；另一种为黄绿色（P），具有抗癌作用，在水中的溶解度较大．
①Q是非极性分子（填“极性”或“非极性”）．
②P分子的结构简式为（YH₃作为一个整体写）
（4）X的一种单质分子（N）的球棍模型如图1所示，该分子中每个X原子均形成了稳定的8电子结构，则分子中σ键与π键数目之比为3：1．一定条件下含N_A个X原子的N与足量氢气发生加成反应时，消耗1gH₂
（5）W与镓的化合物（GaW）是一种半导体材料，其晶胞结构如图2所示，镓原子的配位数是4，该晶胞的密度为ρg•cm^-3，则该晶胞的边长为$\root{3}{\frac{580}{ρ•{N}_{A}}}$cm（用含N_A、ρ的代数式表示）．
        
               图1                图2．

Answer 1

分析 X为短周期p区元素，有种单质常作电极材料，则X为C元素；Y的基态原子2p能级上各轨道中均有电子且电子的自旋方向相同，则Y的2p轨道含有3个电子，为N元素；Z基态原子的核外电子共有17种运动状态，其原子的核外电子总数17，则Z为Cl元素；W位于第四周期第V_A族，则W为As元素，据此结合元素周期律知识进行解答．

解答 解：X为短周期p区元素，有种单质常作电极材料，则X为C元素；Y的基态原子2p能级上各轨道中均有电子且电子的自旋方向相同，则Y的2p轨道含有3个电子，为N元素；Z基态原子的核外电子共有17种运动状态，其原子的核外电子总数17，则Z为Cl元素；W位于第四周期第V_A族，则W为As元素，
（1）As是35号元素，属于主族元素，其最外层电子就是其价电子，所以As基态原子的价电子排布式：4s²4p³；Cl的非金属性大于As，则第一电离能大小为：Cl＞As，
故答案为：4s²4p³；Cl＞As；
（2）Cl能与C、N、As形成CCl₄、NCl₃、AsCl₃、AsCl₅等化合物，其中CCl₄形成4个C-Clσ键键，NCl₃、AsCl₃中含有3个σ键和1对孤电子对，所以它们的中心原子的杂化方式为sp³，而AsCl₅中As含有5个As-Cl键，不是sp³杂化；其中NCl₃、AsCl₃为V形，分子构型为正四面体的为CCl₄，
故答案为：CCl₄、NCl₃、AsCl₃；CCl₄；
（3）①Pt（YH₃）₂Z₂为PtCl₂（NH₃）₂，根据相似相溶原理，因为淡黄色固体Q，较难溶于极性溶剂水，则Q为非金属性分子，
故答案为：非极性分子；
②通过相似相溶原理可知两种固体一种为极性分子，另一种为非极性分子，若PtCl₂（NH₃）₂为四面体结构，只能为极性分子，故只能为平面正方形结构，黄绿色（P）在水中的溶解度较大，则P为极性分子，其结构简式为：，
故答案为：；
（4）X为C元素，每个原子最外层都满足8电子稳定结构，根据图示可知，每个C原子形成了3个键，则每个C形成的这3个键中，必然有1个双键，这样每个C原子最外层才满足8电子稳定结构，双键数应该是C原子数的一半，而双键中有1个σ键、1个π键，所以分子中σ键与π键数目之比为3：1；
一定条件下含N_A个C原子的N中含有C原子的物质的量为：$\frac{N}{{N}_{A}}$mol=1mol，含有碳碳双键的数目为：1mol×$\frac{1}{2}$=0.5mol，0.5mol碳碳双键完全反应消耗0.5mol氢气，消耗氢气的质量为：2g/mol×0.5mol=1g，
故答案为：3：1；1；
（5）根据化学式GaAs可知，晶胞中Ga和As的配位数相同，根据图示可知，每个As连接了4个Ga，则Ga和As的配位数都是4；Ga原子位于立方体的顶点和面心，每个晶胞中含有Ga数目为：8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，则同时含有4个As；每个晶胞的质量为：4×$\frac{145}{{N}_{A}}$g=$\frac{580}{{N}_{A}}$g，该晶胞的密度为ρg•cm^-3，则该晶胞的体积为：V=$\frac{\frac{580}{{N}_{A}}g}{ρg•c{m}^{-3}}$=$\frac{580}{ρ•{N}_{A}}$cm³，所以该晶胞的边长为：$\root{3}{\frac{580}{ρ•{N}_{A}}}$，
故答案：4；$\root{3}{\frac{580}{ρ•{N}_{A}}}$．

点评 本题考查了位置、结构与性质关系的综合应用，题目难度较大，注意掌握原子结构与元素周期律、元素周期表的关系，（5）为难点，注意掌握晶胞中密度、边长的计算方法．