Question

20．主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，W的原子最外层电子数是次外层电子数的3倍．X、Y和Z分属不同的周期，它们的原子序数之和是W原子序数的5倍．在由元素W、X、Y、Z组成的所有可能的二组分化合物中，由元素W与Y形成的化合物M的熔点最高．请回答下列问题：
（1）W元素原子的L层电子排布式为2s²2p⁴，W₃分子的空间结构为V型；
（2）X单质与水发生主要反应的方程为2F₂+2H₂O═4HF+O₂；
（3）化合物M的化学式为MgO，其晶体结构与NaCl相同，而熔点高于NaCl．M熔点较高的原因是MgO的晶格能大于NaCl的晶格能．将一定量的化合物ZX负载在M上可制得ZX/M催化剂，用于催化碳酸二甲酯与月桂醇酯交换合成碳酸二月桂酯．在碳酸二甲酯分子中，碳原子采用的杂化方式有sp²和sp³，O-C-O的键角约为120°；
（4）X、Y、Z可形成立方晶体结构的化合物，其晶胞中X占据所有棱的中心，Y位于顶角，Z处于体心位置，则该晶体的组成X：Y：Z=3：1：1；
（5）许多金属盐都可以发生焰色反应，其原因是灼烧时电子从基态到激发态，当从激发态回到基态时放出能量以光的形式放出，从而出现不同的颜色．

Answer 1

分析 主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，W的原子最外层电子数是次外层电子数的3倍，则W有3个电子层，最外层电子数为6，故W为氧元素；X，Y，Z分属不同的周期，且主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大．X不可能为第三周期元素，若为第三周期，X、Y、Z的原子序数之和大于W原子序数的5倍，所以可以断定X也在第二周期，且原子序数比氧元素大，故X为F元素；故Y、Z的原子序数之和为8×5-9=31，平均原子序数为15.5，故Y处于第三周期，Z处于第四周期，Z的原子序数大于18，若Y为Na元素，则Z为Ca元素，若Y为Mg元素，则Z为K元素，X的原子序数再增大，不符合题意，由于元素W与Y形成的化合物M的熔点最高，故Y为Mg元素，Z为K元素．以及对应单质化合物的性质以及题目要求可解答该题．

解答 解：主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，W的原子最外层电子数是次外层电子数的3倍，则W有3个电子层，最外层电子数为6，故W为氧元素；X，Y，Z分属不同的周期，且主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大．X不可能为第三周期元素，若为第三周期，X、Y、Z的原子序数之和大于W原子序数的5倍，所以可以断定X也在第二周期，且原子序数比氧元素大，故X为F元素；故Y、Z的原子序数之和为8×5-9=31，平均原子序数为15.5，故Y处于第三周期，Z处于第四周期，Z的原子序数大于18，若Y为Na元素，则Z为Ca元素，若Y为Mg元素，则Z为K元素，X的原子序数再增大，不符合题意，由于元素W与Y形成的化合物M的熔点最高，故Y为Mg元素，Z为K元素．
（1）W为氧元素，O原子的L层电子排布式为2s²2p⁴；O₃分子中中心氧原子价层电子对数=2+$\frac{6-2×2}{2}$=3、含有1对孤电子对，故O₃空间构型为V型，
故答案为：2s²2p⁴；V型；
（2）X为F元素，对应的单质具有强氧化性，可与水反应生成HF和氧气，反应的方程式为：2F₂+2H₂O═4HF+O₂，
故答案为：2F₂+2H₂O═4HF+O₂；
（3）由上述分析可知，M为MgO，其晶体结构与NaCl相同，而熔点高于NaCl，由于MgO晶体中离子的电荷多，晶格能大，故MgO熔点较高；
在碳酸二甲酯分子中-OCH₃，C原子4个单键，采取sp³杂化，在酯基中，C原子呈2个C-O单键，属于σ键，1个C=O双键，双键按单键计算，故中心C原子的杂化轨道数为3，采取sp²杂化，为平面正三角形，键角为120°，故O-C-O的键角约为120°，
故答案为：MgO；MgO的晶格能大于NaCl的晶格能；sp²和sp³；120°；
（4）F、Mg、K形成立方晶体结构的化合物，晶胞中F占据所有棱的中心，晶胞中F原子数目为12×$\frac{1}{4}$=3，Mg位于顶角，晶胞中Mg原子数目为8×$\frac{1}{8}$=1，K处于体心位置，晶胞中含有1个K原子，则该晶体的组成为F：Mg：K=3：1：1，
故答案为：3：1：1．
（5）含有元素K的盐的焰色反应为紫色，许多金属盐都可以发生焰色反应，其原因为：灼烧时电子从基态到激发态，当从激发态回到基态时放出能量以光的形式放出，从而出现不同的颜色，
故答案为：灼烧时电子从基态到激发态，当从激发态回到基态时放出能量以光的形式放出，从而出现不同的颜色．

点评 本题考查位置、结构与性质关系的综合应用，题目难度中等，侧重于学生分析能力和综合运用元素周期表的和周期律的考查，为高考常见题型，推断元素是解题的关键，要充分利用原子序数的关系结合周期表的结构进行判断元素．