Question

16．周期表中前四周期元素R、W、X、Y、Z的原子序数依次递增．R基态原子中，电子占据的最高能层符号为L，最高能级上只有两个自旋方向相同的电子．工业上通过分离液态空气获得X单质．Y原子的最外层电子数与电子层数之积等于R、W、X三种元素的原子序数之和．Z基态原子的最外能层只有一个电子，其他能层均已充满电子．请回答下列问题：
（1）Z²⁺基态核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹．
（2）YX₄^-的空间构型是正四面体；与YX₄^-互为等电子体的一种分子为CCl₄等（填化学式）；HYX₄酸性比HYX₂强，其原因是HClO₄有 3 个非羟基氧，而 HClO₂有 1 个非羟基氧．
（3）结构简式为RX（W₂H₃）₂的化合物中R原子的杂化轨道类型为sp²；1molRX（W₂H₃）₂分子中含有σ键数目为11N_A．
（4）往Z的硫酸盐溶液中通入过量的WH₃，可生成[Z（WH₃）₄]SO₄，下列说法正确的是A．
A．[Z（WH₃）₄]SO₄中所含的化学键有离子键、极性键和配位键
B．在[Z（WH₃）₄]²⁺中Z²⁺给出孤对电子，WH₃提供空轨道
C．[Z（WH₃）₄]SO₄组成元素中第一电离能最大的是氧元素
（5）某Y与Z形成的化合物的晶胞如图所示（黑点代表Z原子）．
①该晶体的化学式为CuCl．
②已知Z和Y的电负性分别为1.9和3.0，则Y与Z形成的化合物属于共价（填“离子”、“共价”）化合物．
③已知该晶体的密度为ρg．cm^-3，阿伏加德罗常数为N_A，则该晶体中Z原子和Y原子之间的最短距离为$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{4×99.5}{ρ{N}_{A}}}$×10¹⁰pm（只写计算式）．

Answer 1

分析 周期表中前四周期元素R、W、X、Y、Z的原子序数依次递增．R基态原子中，电子占据的最高能层符号为L，最高能级上只有两个自旋方向相同的电子，核外电子排布式为1s²2s²2p²，则R为C元素；工业上通过分离液态空气获得X单质，结合原子序数可知X为O元素、W为N元素；Y原子的最外层电子数与电子层数之积等于R、W、X三种元素的原子序数之和，三元素原子序数之和为6+7+8=21，则Y为Cl元素；Z基态原子的最外能层只有一个电子，其他能层均已充满电子，原子序数大于氯，处于第四周期，核外电子数为2+8+18+1=29，故Z为Cu．

解答 解：周期表中前四周期元素R、W、X、Y、Z的原子序数依次递增．R基态原子中，电子占据的最高能层符号为L，最高能级上只有两个自旋方向相同的电子，核外电子排布式为1s²2s²2p²，则R为C元素；工业上通过分离液态空气获得X单质，结合原子序数可知X为O元素、W为N元素；Y原子的最外层电子数与电子层数之积等于R、W、X三种元素的原子序数之和，三元素原子序数之和为6+7+8=21，则Y为Cl元素；Z基态原子的最外能层只有一个电子，其他能层均已充满电子，原子序数大于氯，处于第四周期，核外电子数为2+8+18+1=29，故Z为Cu．
（1）Cu²⁺基态核外电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹；
（2）ClO₄^-中Cl原子孤电子对数=$\frac{7+1-2×4}{2}$=0、价层电子对数=4+0=4，故其空间构型是正四面体，与ClO₄^-互为等电子体的一种分子含有5个原子、32个价电子，该分子为CCl₄等，HClO₄有 3 个非羟基氧，而 HClO₂有 1 个非羟基氧，HClO₄酸性比HClO₂强，
故答案为：正四面体；CCl₄等；HClO₄有 3 个非羟基氧，而 HClO₂有 1 个非羟基氧；
（3）结构简式为CO（N₂H₃）₂的化合物中碳原子形成3个σ键，没有孤对电子，杂化轨道数目为3，碳原子的杂化轨道类型为sp²；
结构简式为O=C（NH-NH₂）₂，分子中含有11个σ键，1molRX（W₂H₃）₂分子中含有σ键数目为11N_A，
故答案为：sp²；11N_A；
（4）往CuSO₄溶液中通入过量的NH₃，可生成[Cu（NH₃）₄]SO₄，
A．[Cu（NH₃）₄]SO₄中配离子与外界硫酸根之间形成离子键，铜离子与氨气分子之间形成配位键，氨气分子与硫酸根中含有极性键，故A正确；
B．在[Cu（NH₃）₄]²⁺中Cu²⁺提供空轨道，NH₃给出孤对电子，故B错误；
C．非金属性越强，第一电离能越大，氮元素2p轨道为半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于氧元素的，[Cu（NH₃）₄]SO₄组成元素中第一电离能最大的是N元素．
故选：A；
（5）某Y与Z形成的化合物的晶胞如图所示（黑点代表Z原子）．
①晶胞中黑色球数目为4，白色球数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，该晶体的化学式为CuCl，
故答案为：CuCl；
②已知Z和Y的电负性分别为1.9和3.0，二者电负性之差小于1.7，则Y与Z形成的化合物属于共价化合物，
故答案为：共价；
③黑色球与周围的4个白色球相邻，形成正四面体结构，黑色球与晶胞顶点白色球连线处于晶胞体体对角线上，为二者距离为体对角线长度的$\frac{1}{4}$，而体对角线长度为晶胞棱长的$\sqrt{3}$倍，晶胞质量为4×$\frac{64+35.5}{{N}_{A}}$g，该晶体的密度为ρg．cm^-3，则晶胞棱长为$\root{3}{\frac{4×\frac{64+35.5}{{N}_{A}}g}{ρg•c{m}^{-3}}}$=$\root{3}{\frac{4×99.5}{ρ{N}_{A}}}$cm，故该晶体中Z原子和Y原子之间的最短距离为$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{4×99.5}{ρ{N}_{A}}}$cm=$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{4×99.5}{ρ{N}_{A}}}$×10¹⁰ pm，
故答案为：$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{4×99.5}{ρ{N}_{A}}}$×10¹⁰．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、空间构型与杂化方式判断、等电子体、分子结构与性质、化学键、电负性、晶胞计算等，（5）中原子距离计算为易错点、难点，需要学生具备一定的数学计算能力