Question

1．X、Y、Z、R、M、Q为前四周期元素，且原子序数依次增大，YZ₂是红棕色气体；X与Y元素可形成YX₃；R⁺与Z^2-具有相同的核外电子排布；M^-的M层电子数是K层上电子的4倍；Q²⁺离子的3d轨道中有9个电子．
请回答下列问题：
（1）Q⁺基态的核外电子排布式是[Ar]3d¹⁰；YX₂^-离子的空间立体构型是V形；X₂Z中Z原子的杂化化学式为sp³．
（2）下列判断错误的是
A．沸点：YH₃＞PH₃＞AsH₃   B．熔点：Si₃Y₄＞RM＞SiF₄
C．熔点：Q₂Z＞Q₂S        D．第一电离能：Y＞Z
（3）Q晶胞结构如图1所示，Q晶体中每个Q原子周围距离最近的Q原子数目为12；Q₂Z为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个Z原子，其余Z原子位于面心和顶点，则该晶胞中有16个Q原子．
（4）Q、X、Y、Z四种元素形成一种二价阳离子如图所示，该阳离子呈轴向狭长的八面体结构，则该阳离子的化学式为[Cu（NH₃）₄（H₂O）₂]²⁺．
（5）将Q单质的粉末加入YX₃的浓溶液中，通入Z₂，充分反应后溶液呈深蓝色，该反应的离子方程式2Cu+8NH₃•H₂O+O₂=2[Cu（NH₃）₄]²⁺+4OH^-+6H₂O．
（6）QM（s）与Z₂反应生成QM₂（s）和一种黑色固体．在25℃、101KPa下，已知该反应每消耗1molQM（s），放出44.4kJ，该反应的热化学方程式是4CuCl（s）+O₂（g）=2CuCl₂（s）+2CuO（s）△H=-177.6kJ/mol．

Answer 1

分析 YZ₂是红棕色气体，即二氧化氮为红棕色气体，故Y是N元素，Z是O元素；
X与Y元素可形成YX₃，且X的原子序数在此六种元素中最小，故X为H元素；
R⁺与Z^2-具有相同的核外电子排布，故R是Na元素；
M^-的M层电子数是K层上电子的4倍，故M为Cl元素；
Q²⁺离子的3d轨道中有9个电子，故Q是Cu元素，
（1）Q是铜，失去1个电子形成阳离子；价层电子对互斥理论确定分子空间构型；依据杂化理论计算；
（2）依据元素周期律知识解答即可；
（3）铜晶体中每个铜原子周围距离最近的铜原子数目=3×8×$\frac{1}{2}$；根据O数目和Cu₂O中Cu和O的比例计算晶胞中Cu原子的数目；
（4）根据图象知，阳离子的配位数是6，阳离子中含有共价键、配位键，氨分子个数是4、水分子个数是2；
（5）将Cu单质的粉末加入NH₃的浓溶液中，通入O₂，充分反应后溶液呈深蓝色，说明得到四氨合铜络离子，还应生成氢氧根离子与水；
（6）根据题干描述书写化学方程式，注意焓变与物质的量的对应关系、注明各物质的状态．

解答 解：YZ₂是红棕色气体，即二氧化氮为红棕色气体，故Y是N元素，Z是O元素；
X与Y元素可形成YX₃，且X的原子序数在此六种元素中最小，故X为H元素；
R⁺与Z^2-具有相同的核外电子排布，故R是Na元素；
M^-的M层电子数是K层上电子的4倍，故M为Cl元素；
Q²⁺离子的3d轨道中有9个电子，故Q是Cu元素，
（1）Q为Cu，Cu为29号元素，失去1个电子形成离子，故Cu⁺基态的核外电子排布式是：[Ar]3d¹⁰，YX₂^-是NH₂^-，NH₂^-离子中价层电子对个数=σ键个数+孤电子对个数=2+$\frac{1}{2}$（5-1×2+1）=2+2，即NH₂^-为V形，H₂O中价层电子对个数=2+$\frac{1}{2}$（6-2×1）=4，且含有2个孤电子对，所以H₂O的VSEPR模型为四面体，分子空间构型为V型，中心原子杂化方式为sp³，
故答案为：[Ar]3d¹⁰；V形；sp³；
（2）A、组成相似的同主族元素的氢化物，相对分子质量越大，沸点越高，但是由于氨气中存在氢键，故氨气的沸点最高，其次是砷化氢，故A错误；
B、一般原子晶体熔点高于离子晶体，离子晶体高于分子晶体，由于Si₃N₄是原子晶体，故熔点最高，SiF₄为分子晶体，故熔点最低，故B正确；
C、两种化合物均属于离子晶体，由于晶体中O^2-半径小于S^2-，则Cu₂O的晶格能高于Cu₂S，即熔点高于后者，故C正确；
D、元素的非金属性越强，其第一电离能越高，但是由于N元素的2p处于半充满状态，故第一电离能大于O，故D正确；
故选A；
（3）铜晶体中每个铜原子周围距离最近的铜原子数目=3×8×$\frac{1}{2}$=12；该晶胞中O原子数为4×1+6×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{8}$=8，由Cu₂O中Cu和O的比例可知该晶胞中铜原子数为O原子数的2倍，即为16个，故答案为：12；16；
（4）这5种元素形成的一种1：1型离子化合物中，阴离子呈四面体结构，说明阴离子的中心原子价层电子对个数是4且不含孤电子对，为硫酸根离子，阳离子呈轴向狭长的八面体结构（如图2所示），根据图象知，阳离子的配位数是6，阳离子中含有共价键、配位键，氨分子个数是4、水分子个数是2，其化学式为[Cu（NH₃）₄（H₂O）₂]SO₄，故阳离子的化学式为：[Cu（NH₃）₄（H₂O）₂]²⁺，故答案为：[Cu（NH₃）₄（H₂O）₂]²⁺；
（5）将Cu单质的粉末加入NH₃的浓溶液中，通入O₂，充分反应后溶液呈深蓝色，说明得到四氨合铜络离子，还应生成氢氧根离子与水，该反应的离子方程式是2Cu+8NH₃•H₂O+O₂=2[Cu（NH₃）₄]²⁺+4OH^-+6H₂O，故答案为：2Cu+8NH₃•H₂O+O₂=2[Cu（NH₃）₄]²⁺+4OH^-+6H₂O；
（6）该反应每消耗1mol CuCl（s），放热44.4kJ，消耗4mol CuCl（s），则放热44.4kJ×4=177.6kJ，根据热化学方程式的书写方法，可以写出该反应的热化学方程式为4CuCl（s）+O₂（g）=2CuCl₂（s）+2CuO（s）△H=-177.6kJ/mol，故答案为：4CuCl（s）+O₂（g）=2CuCl₂（s）+2CuO（s）△H=-177.6kJ/mol．

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、配合物、晶胞计算等，推断元素是解题关键，注意掌握中学常见配合物，难度较大．