Question

4．Q、R、X、Y、Z、W为周期表中原子序数依次递增的前四周期元素．
已知：①Q为元素周期表中原子半径最小的元素；
②R的基态原子中电子占据三种能量不同的能级，且每种能级中的电子总数相同；
③Y的基态原子的核外成对的电子数是未成对的电子数的3倍；
④Z基态原子有六个未成对电子；
⑤W⁺离子的核外M能层中电子全充满．
用对应的元素符号或化学式回答下列问题：
（1）R、X、Y的第一电离能由大到小的顺序为N＞O＞C
（2）Q元素在元素周期表中属于s区，与Y元素同族的第四周期元素的价电子排布式为4s²4p⁴
（3）RY₂的电子式为，分子的空间构型是直线形；Z³⁺的原子结构示意图为；X₂Q₄分子中X原子的杂化方式为sp³杂化．
（4）RQ₂Y₂的结构式为，m g该物质完全燃烧后通过足量Na₂O₂固体充分吸收，Na₂O₂固体增重的质量为$\frac{15m}{23}$g
（5）由Y、Z两种元素组成的Z₂Y₇^2-离子在酸性条件下可与乙醇反应，生成乙酸、Z³⁺等物质．该反应的离子方程式为：2Cr₂O₇^2-+3CH₃CH₂OH+16H⁺═4Cr³⁺+3CH₃COOH+11H₂O．
（6）W晶胞结构如图所示，在该晶体中每个W原子周围距离最近的W原子数目为12，已知W原子半径为r pm，N_A表示阿伏伽德罗常数，则该晶体的密度为$\frac{256}{{N}_{A}×（2\sqrt{2}r×1{0}^{-10}）^{3}}$．

Answer 1

分析 Q、R、X、Y、Z、W为周期表中原子序数依次递增的前四周期元素，已知：①Q为元素周期表中原子半径最小的元素，则Q为H元素；②R的基态原子中电子占据三种能量不同的原子轨道，且每种轨道中的电子总数相同，原子核外电子排布为1s²2s²2p²，则R为C元素；③Y的基态原子的核外成对电子数是未成对电子数的3倍，核外电子排布式为1s²2s²2p⁴，应为O元素；④Z基态原子有六个未成对电子，只能处于第四周期，外围电子排布式为3d⁵4s¹，则Z为Cr元素；⑤W⁺离子的核外M能层中电子全充满，原子质子数为2+8+18+1=29，则W为Cu；结合原子序数可知，X为N元素，据此解答．

解答 解：Q、R、X、Y、Z为周期表中原子序数依次递增的前四周期元素，已知：①Q为元素周期表中原子半径最小的元素，则Q为H元素；②R的基态原子中电子占据三种能量不同的原子轨道，且每种轨道中的电子总数相同，原子核外电子排布为1s²2s²2p²，则R为C元素；③Y的基态原子的核外成对电子数是未成对电子数的3倍，核外电子排布式为1s²2s²2p⁴，应为O元素；④Z基态原子有六个未成对电子，只能处于第四周期，外围电子排布式为3d⁵4s¹，则Z为Cr元素；⑤W⁺离子的核外M能层中电子全充满，原子质子数为2+8+18+1=29，则W为Cu；结合原子序数可知，X为N元素．
（1）R、X、Y三种元素的分别为C、N、O，同周期元素从左到右元素的第一电离能呈增大趋势，则C元素的最小，但N原子的电子排布中2p轨道为半满稳定状态，能量较低，则失去1个电子更难，第一电离能高于O元素，故第一电离能N＞O＞C，
故答案为：N＞O＞C；
（2）Q为H元素，元素在元素周期表中属于s区，Y为O元素，与之同族的第四周期元素的价电子排布式为4s²4p⁴，
故答案为：s；4s²4p⁴；
（3）CO₂的电子式为，分子的空间构型是直线形，Cr³⁺的原子结构示意图为，N₂H₄分子中N原子形成3个单键、含有1对孤对电子，杂化轨道数目为4，杂化方式为sp³杂化，
故答案为：；直线形；；sp³杂化；
（4）CH₂O₂的结构式为，燃烧生成二氧化碳与水，再通过过氧化钠反应生成碳酸钠与氢氧化钠，固体增重相当于为CO、H₂质量，CH₂O₂可以改写为CO．H₂．O，Na₂O₂固体增重的质量为mg×$\frac{30}{46}$=$\frac{15m}{23}$g，
故答案为：；$\frac{15m}{23}$；
（5）由Y、Z两种元素组成的Cr₂O₇^2-离子在酸性条件下可与乙醇反应，生成乙酸、Cr³⁺等物质．该反应的离子方程式为：2Cr₂O₇^2-+3CH₃CH₂OH+16H⁺═4Cr³⁺+3CH₃COOH+11H₂O，
故答案为：2Cr₂O₇^2-+3CH₃CH₂OH+16H⁺═4Cr³⁺+3CH₃COOH+11H₂O；
（6）该晶胞为面心立方密堆积，以顶点原子研究，与之距离最近原子处于面心，在该晶体中每个W原子周围距离最近的W原子数目为$\frac{3×8}{2}$=12，晶胞中Cu原子数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，晶胞质量为4×$\frac{64}{{N}_{A}}$g，W原子半径为r pm，则晶胞边长为4r pm×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=2$\sqrt{2}$r pm，则该晶体的密度为4×$\frac{64}{{N}_{A}}$g÷（2$\sqrt{2}$r×10^-10 cm）³=$\frac{256}{{N}_{A}×（2\sqrt{2}r×1{0}^{-10}）^{3}}$g．cm^-3，
故答案为：12；$\frac{256}{{N}_{A}×（2\sqrt{2}r×1{0}^{-10}）^{3}}$．

点评 本题是对物质结构的考查，涉及核外电子排布、电离能、杂化方式判断、化学计算、晶胞结构与计算等，推断元素是解题关键，注意理解同周期元素中第一电离能异常情况，难度中等．