Question

13．X、Y、Z、M、N、Q、P为元素周期表前四周期的7种元素．其中，X原子核外的M层中只有两对成对电子；Y原子核外的L层电子数是K层的两倍；Z元素原子核外共有3个能级，且最高能级电子数是前两个能级电子数之和；M的内层电子数是最外层电子数的9倍，N的原子序数比M小1，Q在元素周期表的各元素中电负性最大．P元素的第三电子层处于全充满状态，第四电子层只有一个电子请回答下列问题：

（1）P元素属于ds区元素，P²⁺的核外电子排布式1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹根据等电子原理，写出YZ分子的电子式：
（2）XZ₂的VSEPR模型为平面三角形，YZ₂分子中Y的杂化轨道类型为sp，Z元素简单氢化物的沸点高于Y的氢化物，主要原因是H₂O分子间能形成氢键，而H₂S分子间不能形成氢键．
（3）含有元素M、N等许多金属盐都可以发生焰色反应，其因是电子由较高能级跃迁到较低能级时，以光的形式释放能量．
（4）X、Z、Q三元素第一电离能由小到大的顺序为（用元素符号表示）S＜O＜F．
（5）N、P晶体的晶胞结构如右图（请先判断对应的图），N、P两种晶体晶胞中原子的配位数之比为2：3．N的晶胞中，若设该晶胞的密度为a g/cm³，阿伏加德罗常数的值为N_A，N原子的摩尔质量为M，则表示N原子半径的计算式为$\frac{{\sqrt{3}}}{4}\root{3}{{\frac{2M}{{a{N_A}}}}}$．

Answer 1

分析 X、Y、Z、M、N、Q、P为元素周期表前四周期的7种元素．X原子核外的M层中只有两对成对电子，外围电子排布为3s²3p⁴，故X为S元素；Y原子核外的L层电子数是K层的两倍，L层电子数为4，则Y为C元素；Z元素原子核外共有3个能级，且最高能级电子数是前两个能级电子数之和，核外电子排布为1s²2s²2p⁴，故Z为O元素；M的内层电子数是最外层电子数的9倍，只能为第四周期元素，可推知M为Ca元素；N的原子序数比M小1，则N为K元素；Q在元素周期表的各元素中电负性最大，则Q为F元素；P元素的第三电子层处于全充满状态，第四电子层只有一个电子，原子核外电子数为2+8+18+1=29，故P为Cu，据此解答．

解答 解：
（11分）X、Y、Z、M、N、Q、P为元素周期表前四周期的7种元素．X原子核外的M层中只有两对成对电子，外围电子排布为3s²3p⁴，故X为S元素；Y原子核外的L层电子数是K层的两倍，L层电子数为4，则Y为C元素；Z元素原子核外共有3个能级，且最高能级电子数是前两个能级电子数之和，核外电子排布为1s²2s²2p⁴，故Z为O元素；M的内层电子数是最外层电子数的9倍，只能为第四周期元素，可推知M为Ca元素；N的原子序数比M小1，则N为K元素；Q在元素周期表的各元素中电负性最大，则Q为F元素；P元素的第三电子层处于全充满状态，第四电子层只有一个电子，原子核外电子数为2+8+18+1=29，故P为Cu．
（1）P为Cu元素，属于ds区元素，Cu²⁺的核外电子排布式1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹，CO分子与氮气互为等电子体，二者结构相似，故CO电子式：，
故答案为：ds；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹；；
（2）SO₂分子中S原子价层电子对数为2+$\frac{6-2×3}{2}$=3，故VSEPR模型为平面三角形；
CO₂分子中C原子形成2个σ键，没有孤对电子，碳原子杂化轨道类型为sp杂化；
H₂O分子间能形成氢键，而H₂S分子间不能形成氢键，故沸点H₂O＞H₂S，
故答案为：平面三角形；sp；H₂O分子间能形成氢键，而H₂S分子间不能形成氢键；
（3）含有元素Ca、K等许多金属盐都可以发生焰色反应，其因是：电子由较高能级跃迁到较低能级时，以光的形式释放能量，
故答案为：电子由较高能级跃迁到较低能级时，以光的形式释放能量；
（4）同周期随原子序数增大第一电离能呈增大强酸、同主族自上而下第一电离能减小，故第一电离能：S＜O＜F，
故答案为：S＜O＜F；
（5）K为体心立方堆积，晶胞结构为图I，Cu为面心立方堆积，晶胞结构为图Ⅱ，晶胞中K原子配位数为8，而Cu原子配位数为12，K、Cu两种晶体晶胞中原子的配位数之比为8：12=2：3；
K的晶胞中原子数目为1+8×$\frac{1}{8}$=2，设该晶胞的密度为a g/cm³，阿伏加德罗常数的值为N_A，N原子的摩尔质量为M，则晶胞体积为$\frac{\frac{2M}{{N}_{A}}g}{ag/c{m}^{3}}$=$\frac{2M}{a{N}_{A}}$cm³，设K原子半径为r，则（2r）²=3（$\root{3}{\frac{2M}{a{N}_{A}}}$）²，故r=$\frac{{\sqrt{3}}}{4}\root{3}{{\frac{2M}{{a{N_A}}}}}$，
故答案为：2：3；$\frac{{\sqrt{3}}}{4}\root{3}{{\frac{2M}{{a{N_A}}}}}$．

点评 本题是对物质结构的考查，涉及核外电子排布、元素周期表、电子数、电离能、杂化方式、价层电子对互斥理论、等电子体、跃迁、晶胞结构与计算等，是对物质结构主干知识的综合考查，（5）中注意涉及常见晶胞结构，需要学生具备扎实的基础，难度中等．