Question

20．短周期元素T、X、Y、Z的原子序数依次增大，其中元素T、X基态原子均有2个未成对电子，元素Y基态原子s能级的电子总数与p能级的电子总数相等，元素Z的价电子数等于能层数．元素W位于第四周期，其基态原子所含未成对电子数在该周期中最多．
（1）元素X、Y、Z的第一电离能由大到小的顺序为O＞Mg＞Al．（用元素符号表示）
（2）T、X分别与氢组成的T₂H₂与H₂X₂分子中，T、X原子轨道的杂化类型分别是sp；sp³．
（3）T与X可形成TX₃^2-离子和TX₂分子．
①TX₃^2-的空间构型为平面三角形（用文字描述）．
②N₃^-离子与TX₂分子互为等电子体，则N₃^-的电子式为．
（4）有同学推测，Z₂X₃的熔点比YX高，其原因是两者均为离子晶体，由于Al³⁺带的电荷高于Mg²⁺，且半径小于Mg²⁺，所以Al₂O₃的晶格能大．
（5）如图是由元素W、Z两种元素所形成的某种合金的晶胞结构示意图．
①元素W基态原子的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹或[Ar]3d⁵4s¹．
②该合金中W与Z的原子个数比为2：1．

Answer 1

分析 短周期元素T、X、Y、Z的原子序数依次增大，其中元素T、X基态原子均有2个未成对电子，元素Y基态原子s能级的电子总数与p能级的电子总数相等，则T、X、Y分别为C、O、Mg元素，元素Z的价电子数等于能层数，则Z为Al元素；
元素W位于第四周期，其基态原子所含未成对电子数在该周期中最多，为Cr元素；
（1）同一周期元素，元素第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于其相邻元素，同一主族，元素第一电离能随着原子序数增大而减弱；
（2）C、O分别与氢组成的C₂H₂与H₂O₂分子中，乙炔中每个C原子价层电子对个数是2且不含孤电子对，每个双氧水分子中每个O原子价层电子对个数是4且含有两个孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断T、X原子轨道的杂化类型；
（3）①CO₃^2-中C原子价层电子对个数=3+$\frac{4+2-3×2}{2}$=3且不含孤电子对，根据价层电子对互称理论判断其空间构型；
②N₃^-离子与CO₂分子互为等电子体，根据二氧化碳电子式书写N₃^-的电子式；
（4）Al₂O₃的熔点比MgO高，二者都是离子晶体，离子晶体熔沸点与晶格能成正比，晶格能与离子半径成反比、与电荷成正比；
（5）①W为Cr元素，其原子核外有24个电子，根据构造原理书写元素Cr基态原子的核外电子排布式；
②利用均摊法计算该合金中W与Z的原子个数比．

解答 解：短周期元素T、X、Y、Z的原子序数依次增大，其中元素T、X基态原子均有2个未成对电子，元素Y基态原子s能级的电子总数与p能级的电子总数相等，则T、X、Y分别为C、O、Mg元素，元素Z的价电子数等于能层数，则Z为Al元素；
元素W位于第四周期，其基态原子所含未成对电子数在该周期中最多，为Cr元素；
（1）同一周期元素，元素第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于其相邻元素，同一主族，元素第一电离能随着原子序数增大而减弱，所以第一电离能大小顺序是O＞Mg＞Al，
故答案为：O＞Mg＞Al；
（2）C、O分别与氢组成的C₂H₂与H₂O₂分子中，乙炔中每个C原子价层电子对个数是2且不含孤电子对，每个双氧水分子中每个O原子价层电子对个数是4且含有两个孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断T、X原子轨道的杂化类型分别为sp、sp³，故答案为：sp；sp³；
（3）①CO₃^2-中C原子价层电子对个数=3+$\frac{4+2-3×2}{2}$=3且不含孤电子对，根据价层电子对互称理论判断其空间构型为平面三角形，故答案为：平面三角形；
②N₃^-离子与CO₂分子互为等电子体，根据二氧化碳电子式书写N₃^-的电子式为，
故答案为：；
（4）Al₂O₃的熔点比MgO高，二者都是离子晶体，离子晶体熔沸点与晶格能成正比，晶格能与离子半径成反比、与电荷成正比，该同学推测的理由是：两者均为离子晶体，由于Al³⁺带的电荷高于Mg²⁺，且半径小于Mg²⁺，所以Al₂O₃的晶格能大，
故答案为：两者均为离子晶体，由于Al³⁺带的电荷高于Mg²⁺，且半径小于Mg²⁺，所以Al₂O₃的晶格能大；
（5）①W为Cr元素，其原子核外有24个电子，根据构造原理书写元素Cr基态原子的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹或[Ar]3d⁵4s¹，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹或[Ar]3d⁵4s¹；
②该晶胞中Al原子个数=1+8×$\frac{1}{8}$=2，Cr原子个数=2+8×$\frac{1}{4}$=4，所以Cr、Al原子个数之比=4：2=2：1，故答案为：2：1．

点评 本题考查物质结构和性质，为高频考点，侧重考查学生计算、空间现象及基本理论的应用能力，涉及晶胞计算、原子核外电子排布、微粒空间构型判断、原子杂化等知识点，综合性较强，需要学生熟练掌握基础知识并能灵活运用，题目难度中等．