Question

17．已知X、Y、Z、R、Q为周期表中原子序数依次增大的前36号元素．相关信息如下：

X元素是宇宙中最丰富的元素

Y元素基态原子的核外p电子数比s电子数少1

Z元素被誉为“太空金属”，也有“生物金属”之称，其基态原子次外层有2个未成对电子

R元素在元素周期表的第十一列

Q元素在周期表里与R元素在同一个分区

请回答下列问题：
（1）YX₃中心原子的杂化轨道类型是sp³，离子化合物YX₅的电子式是．
（2）CO与Y₂属于等电子体，1 个CO分子中含有的π键数目是2个．
（3）工业上利用ZO₂和碳酸钡在熔融状态下制取化合物A（A可看做一种含氧酸盐）．A晶体的晶胞为正方体（如图1）．
①制备A的化学反应方程式是TiO₂+BaCO₃═BaTiO₃+CO₂↑；
②在A晶体中，Z的配位数为6；
③在A晶体中，若将Z元素置于立方体的体心，Ba元素置于立方体的顶点，则O元素处于立方体的面心．
（4）R²⁺离子的外围电子层电子排布式为3d⁹．R₂O的熔点比R₂S的高（填“高”或“低”）．
（5）Q元素和硫（S）元素能够形成化合物B．B晶体的晶胞为正方体（如图2），若晶胞棱长为540.0pm，则晶胞密度为$\frac{4×\frac{（65+32）g/mol}{6.02×1{0}^{23}mo{l}^{-1}}}{（540×1{0}^{-10}cm）^{3}}$=4.1g•cm^-3（列式并计算）．

Answer 1

分析 已知X、Y、Z、R、Q为周期表中原子序数依次增大的前36号元素，X元素是宇宙中最丰富的元素，则X为H元素；Y元素原子的核外p轨道电子数比s轨道电子数少1，原子核外电子排布为1s²2s²2p³，则Y为N元素；Z元素被誉为“太空金属”，也有“生物金属”之称，其基态原子次外层有2个未成对电子，则Z为Ti元素；R元素在元素周期表的第十一列，属于第IB族，在第四周期，所以R为Cu；Q元素在周期表里与R元素在同一个分区，则Q为Zn元素．
（1）NH₃中N原子形成3个键，含有1对孤电子对，杂化轨道数目为4；NH₅属于离子化合物，由铵根离子与氢负离子构成，所有原子的最外层都符合相应稀有气体原子的最外层电子结构；
（2）CO与N₂属于等电子体，二者结构相似，故CO的结构式为C≡O；
（3）①根据均摊法，可知晶胞中Ba原子数目为1，O原子数目为3、Ti原子数目为1，故A为BaTiO₃，反应还②顶点Z原子与棱中心的氧原子相邻；
③在A晶体中，若将Z⁴⁺置于立方体的体心，Ba²⁺置于立方体的顶点，则O^2-处于立方体的面心；
（4）R为Cu，其原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，失去4s、3d能级个1个电子形成Cu²⁺；离子电荷相同，离子晶体中离子半径越小，晶体的熔点越高；
（5）根据均摊法计算晶胞中Zn、S原子数目，结合阿伏伽德罗常数表示出晶胞质量，再根据ρ=$\frac{m}{V}$计算．

解答 解：已知X、Y、Z、R、Q为周期表中原子序数依次增大的前36号元素，X元素是宇宙中最丰富的元素，则X为H元素；Y元素原子的核外p轨道电子数比s轨道电子数少1，原子核外电子排布为1s²2s²2p³，则Y为N元素；Z元素被誉为“太空金属”，也有“生物金属”之称，其基态原子次外层有2个未成对电子，则Z为Ti元素；R元素在元素周期表的第十一列，属于第IB族，在第四周期，所以R为Cu；Q元素在周期表里与R元素在同一个分区，则Q为Zn元素．

（1）NH₃中N原子形成3个键，含有1对孤电子对，杂化轨道数目为4，N原子杂化类型为sp³，NH₅属于离子化合物，由铵根离子与氢负离子构成，电子式为；
故答案为：sp³；；
（2）CO与N₂互为等电子体，二者结构相似，所以CO分子结构式为C≡O，则1 个CO分子中含有的π键数目是2，
故答案为：2；
（3）①可知晶胞中Ba原子数目为1，O原子数目为12×$\frac{1}{4}$=3、Ti原子数目为8×$\frac{1}{8}$=，故A为BaTiO₃，反应还生成二氧化碳，反应方程式为：TiO₂+BaCO₃═BaTiO₃+CO₂↑，
故答案为：TiO₂+BaCO₃═BaTiO₃+CO₂↑；
②由BaTiO₃晶胞可知，每个Ti⁴⁺周围有6个O^2-，所以Ti⁴⁺的氧配位数为为6，
故答案为：6；
③在BaTiO₃晶体中，若将Ti⁴⁺置于立方体的体心，Ba²⁺置于立方体的顶点，则O^2-只能处于立方体的面心，
故答案为：面心；
（4）R为Cu，其原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，则Cu²⁺离子的外围电子层电子排布式为3d⁹；离子电荷相同，氧离子半径小于硫离子半径，所以Cu₂O的熔点比Cu₂S的高；
故答案为：3d⁹；高；
（5）晶胞中S原子数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，Zn原子位于晶胞内部，共4个，则晶胞质量为4×（65+32）g/mol÷6.02×10²³mol^-1），晶胞的体积为（540.0×10^-10cm）³，则密度为ρ=$\frac{4×\frac{（65+32）g/mol}{6.02×1{0}^{23}mo{l}^{-1}}}{（540×1{0}^{-10}cm）^{3}}$=4.1g•cm^-3；
故答案为：$\frac{4×\frac{（65+32）g/mol}{6.02×1{0}^{23}mo{l}^{-1}}}{（540×1{0}^{-10}cm）^{3}}$=4.1．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、杂化类型、等电子体、晶体类型与性质、晶胞计算等，掌握均摊法进行晶胞有关计算．