Question

15．X、Y、Z、W、U五种元素，均位于周期表的前四周期，它们的核电荷数依次增加，且核电荷数之和为57．Y原子的L层p轨道中有2个电子，Z的原子核外有三个未成对电子，W与Y原子的价电子数相同，U原子的K层电子数与最外层电子数之比为2：1，其d轨道处于全充满状态．
（1）U²⁺的外围电子排布式为3d⁹．
（2）X、Y、Z 可以形成化学式为XYZ的分子．该分子中各原子均达到稀有气体稳定结构，则该分子中Y采取的杂化轨道类型为sp
（3）比较Y和W的第一电离能，较大的是C（填元素符号），
（4）X与Z形成的最简单化合物Q的分子构型为三角锥形；U²⁺与Q形成的配离子的离子反应方程式为Cu²⁺+4NH₃═Cu（NH₃）₄ ．
（5）U⁺与Z^3-形成的晶胞结构如图所示，阴、阳离子间的核间距为acm．与同一个Z^3-相连的U⁺有6个，该晶体的密度为$\frac{103}{4a3NA}$或$\frac{206}{8a3NA}$ g•cm^-3．（设N_A表示阿伏加德罗常数）

Answer 1

分析 X、Y、Z、W、U五种元素，均位于周期表的前四周期，它们的核电荷数依次增加，且核电荷数之和为57，Y原子的L层p轨道中有2个电子，则Y为C元素；Z的原子核外有三个未成对电子，Z原子序数大于Y，W与Y原子的价电子数相同，W原子序数大于Z，所以W是Si元素、Z为N元素；
U原子的K层电子数与最外层电子数之比为2：1，其d轨道处于全充满状态，则U为Cu元素，根据核电荷数知，X是H元素，
（1）U²⁺为Cu²⁺，其3d能级上9个电子为其外围电子，据此书写其外围电子排布式；
（2）H、C、N 可以形成化学式为HCN的分子．该分子中各原子均达到稀有气体稳定结构，则该分子中C原子价层电子对个数是2且不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断C原子采取的杂化方式；
（3）Y是C、W是Si元素，二者处于同一主族，同一主族元素第一电离能随着原子序数增大而减小；
（4）H与N形成的最简单化合物NH₃的分子构型为三角锥形；Cu²⁺与NH₃形成的配离子铜氨络合离子；
（5）Cu⁺与N^3-形成的晶胞结构如图所示，则晶胞边长为2acm，该晶胞中灰色球个数=8×$\frac{1}{8}$=1、黑色球个数=12×$\frac{1}{4}$=3，根据化合价知，灰色球表示氮离子、黑色球表示亚铜离子，与同一个N^3-相连的Cu⁺有6个，该晶体的密度=$\frac{m}{V}$．

解答 解：X、Y、Z、W、U五种元素，均位于周期表的前四周期，它们的核电荷数依次增加，且核电荷数之和为57，Y原子的L层p轨道中有2个电子，则Y为C元素；Z的原子核外有三个未成对电子，Z原子序数大于Y，W与Y原子的价电子数相同，W原子序数大于Z，所以W是Si元素、Z为N元素；
U原子的K层电子数与最外层电子数之比为2：1，其d轨道处于全充满状态，则U为Cu元素，根据核电荷数知，X是H元素，
（1）U²⁺为Cu²⁺，其3d能级上9个电子为其外围电子，据此书写其外围电子排布式为3d⁹，故答案为：3d⁹；
（2）H、C、N 可以形成化学式为HCN的分子．该分子中各原子均达到稀有气体稳定结构，则该分子中C原子价层电子对个数是2且不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断C原子采取的杂化方式为sp，故答案为：sp；
（3）Y是C、W是Si元素，二者处于同一主族，同一主族元素第一电离能随着原子序数增大而减小，所以第一电离能较大的是C，故答案为：C；
（4）H与N形成的最简单化合物NH₃的分子构型为三角锥形；Cu²⁺与NH₃形成的配离子铜氨络合离子，离子方程式为Cu²⁺+4NH₃═Cu（NH₃）₄ ，故答案为：三角锥形；Cu²⁺+4NH₃═Cu（NH₃）₄ ；
（5）Cu⁺与N^3-形成的晶胞结构如图所示，则晶胞边长为2acm，该晶胞中灰色球个数=8×$\frac{1}{8}$=1、黑色球个数=12×$\frac{1}{4}$=3，根据化合价知，灰色球表示氮离子、黑色球表示亚铜离子，与同一个N^3-相连的Cu⁺有6个，该晶体的密度=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{64×3+14}{{N}_{A}}}{（2a）^{3}}$ g•cm^-3=$\frac{103}{4a3NA}$  g•cm^-3或 $\frac{206}{8a3NA}$ g•cm^-3；
故答案为：6； $\frac{103}{4a3NA}$ 或 $\frac{206}{8a3NA}$．

点评 本题考查物质结构和性质，为高频考点，涉及晶胞计算、分子空间构型、元素周期律、原子核外电子排布等知识点，综合性较强，明确基本原理及基本计算是解本题关键，难点是晶胞计算，题目难度中等．