Question

3．短周期元素T、X、Y、Z的原子序数依次增大，其中元素T、X基态原子均有2个未成对电子，元素Y基态原子s能级的电子总数与p能级的电子总数相等，元素Z的价电子数等于能层数．元素W位于第四周期，其基态原子所含未成对电子数在该周期中最多．
（1）元素X、Y、Z的第一电离能由大到小的顺序为O＞Mg＞Al．（用元素符号表示）
（2）T、X分别与氢组成的T₂H₂与H₂X₂分子中，T、X原子轨道的杂化类型分别是sp、sp³．
（3）T与X可形成TX₃^2-离子和TX₂分子．
①TX₃^2-的空间构型为平面三角形（用文字描述）．
②N₃^-离子与TX₂分子互为等电子体，则N₃^-的电子式为．
（4）有同学推测，Z₂X₃的熔点比YX高，其原因是Al₂O₃、MgO均属于离子晶体，由于Al³⁺带的电荷高于Mg²⁺，且半径小于Mg²⁺，所以Al₂O₃的晶格能大．
（5）如图是由元素W、Z两种元素所形成的某种合金的晶胞结构示意图．
①元素W基态原子的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹．
②该合金中W与Z的原子个数比为2：1．

Answer 1

分析 短周期元素T、X、Y、Z的原子序数依次增大，其中元素T、X基态原子均有2个未成对电子，外围电子排布式为ns²np²或ns²np⁴，元素Y基态原子s能级的电子总数与p能级的电子总数相等，原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁴或1s²2s²2p⁶3s²，结合原子序数可知T、X只能处于第二周期，Y处于第三周期，故T为C元素、X为O元素，Y为Mg，元素Z的价电子数等于能层数，则Z为Al．元素W位于第四周期，其基态原子所含未成对电子数在该周期中最多，外围电子排布式为3d⁵4s¹，则W为Cr．

解答 解：短周期元素T、X、Y、Z的原子序数依次增大，其中元素T、X基态原子均有2个未成对电子，外围电子排布式为ns²np²或ns²np⁴，元素Y基态原子s能级的电子总数与p能级的电子总数相等，原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁴或1s²2s²2p⁶3s²，结合原子序数可知T、X只能处于第二周期，Y处于第三周期，故T为C元素、X为O元素，Y为Mg，元素Z的价电子数等于能层数，则Z为Al．元素W位于第四周期，其基态原子所含未成对电子数在该周期中最多，外围电子排布式为3d⁵4s¹，则W为Cr．
（1）O为非金属，Mg、Al为金属，则氧元素第一电离能最大，Mg原子3s轨道为全满稳定状态，能量较低，第一电离能高于Al的，故第一电离能O＞Mg＞Al，
故答案为：O＞Mg＞Al；
（2）T、X分别与氢组成的C₂H₂与H₂O₂分子，C₂H₂分子中C原子形成1个C-H键、1个碳碳双键，没有孤对电子，杂化轨道数目为2，碳原子采取sp杂化，而H₂O₂分子中原子形成1个O-H键、1个C-O键，含有2对孤对电子，杂化轨道数目为4，氧原子采取sp³杂化，
故答案为：sp、sp³；
（3）①CO₃^2-中碳原子孤电子对数=$\frac{4+2-2×3}{2}$=0，价层电子对数=3+0=3，故其空间构型为平面三角形，
故答案为：平面三角形；
②N₃^-离子与CO₂分子互为等电子体，二者结构相似，则N₃^-的电子式为，
故答案为：；
（4）有同学推测，Al₂O₃、MgO均属于离子晶体，由于Al³⁺带的电荷高于Mg²⁺，且半径小于Mg²⁺，所以Al₂O₃的晶格能大，故Al₂O₃的沸点较高，
故答案为：Al₂O₃、MgO均属于离子晶体，由于Al³⁺带的电荷高于Mg²⁺，且半径小于Mg²⁺，所以Al₂O₃的晶格能大；
（5）①．元素W位于第四周期，其基态原子所含未成对电子数在该周期中最多，则元素W基态原子的核外电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹；
②晶胞中W原子数目为2+8×$\frac{1}{4}$=4，Z原子数目为1+8×$\frac{1}{8}$=2，故该合金中W与Z的原子个数比为4：2=2：1，
故答案为：2：1．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、电离能、杂化方式与空间构型判断、等电子体、晶体类型与性质、晶胞计算等，注意同周期主族元素第一电离能异常情况，掌握均摊法进行晶胞有关计算．