Question

【化学–选修3：物质结构与性质】（15分）
X、Y、Z、W四种元素原子序数依次增大且均小于36。 Z基态原子最外层电子数是其内层电子总数的3倍，Y基态原子是同周期元素中未成对电子数最多的原子，X分别与Y、Z元素组合均可形成10电子微粒, W基态原子有10个价电子。回答下列问题（以下问题均以推知元素符号作答）：
（1）若 YX₃与X₂Z﹑YX₂^－与ZX^－﹑Y^3－与Z^2－性质相似，请写出Mg(YX₂)₂在一定条件下分解的化学反应方程式
⑵已知0℃时X₂Z的密度为a g/cm³，其晶胞中X₂Z分子的空间排列方式与金刚石晶胞类似，相似的原因是                         。两个X₂Z分子间的最近距离为 pm(用a和N_A表示)。 已知X₂Y的升华热是51 kJ/mol，除氢键外，X₂Z分子间还存在范德华力（11 kJ/mol），则X₂Z晶体中氢键的“键能”是     kJ/mol。
⑶ WZ是一种功能材料，已被广泛用于电池电极、催化剂、半导体、玻璃染色剂等方面。工业上常以W(YZ₃)₂·6X₂Z和尿素［CO(NH₂)₂］为原料制备。
①W²⁺的基态核外电子排布式为                  ，其核外电子有      种运动状态。
②尿素分子中碳原子的杂化方式为        ，1 mol尿素分子中含有的σ键数为      。
③YZ₃^－的空间构型             。
④WZ晶体的结构与NaCl相同，但天然的和绝大部分人工制备的晶体都存在各种缺陷，例如在某种WZ晶体中就存在如图所示的缺陷：一个W²⁺空缺，另有两个W²⁺被两个W³⁺所取代。其结果晶体仍呈电中性，但化合物中W和Z的比值却发生了变化。经测定某样品中W³⁺与W²⁺的离子数之比为6∶91。若该晶体的化学式为W_xZ，则x=       。

 

Answer 1

（15分）（1）3 Mg(NH₂)₂==Mg₃N₂+4NH₃↑　（2分）
（2） 水中的O和金刚石中的C都是sp³杂化，且水分子间的氢键具有方向性，每个水分子可与相邻的4个水分子形成氢键（2分）
 ×10¹⁰（2分）    20（1分）
（3）①1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸（2分） 26 （1分）
②sp²杂化（1分）  7N_A（1分） ③平面三角（1分） ④0.97 （2分）

试题分析：Z基态原子最外层电子数是其内层电子总数的3倍，根据元素原子的最外层不超过8电子的排布规律判断，Z的内层只能是2个电子，最外层为6个电子，所以Z是O元素；Y基态原子是同周期元素中未成对电子数最多的原子，则Y是第二周期元素，其最外层的p轨道最多有3个未成对电子，所以Y是N元素；X分别与Y、Z元素组合均可形成10电子微粒, 水、氨气的分子中是10电子，所以X是H元素；W基态原子有10个价电子，则W是过渡元素，价层电子排布式为3d⁸4s²，所以W是Ni元素。根据分析
（1）Mg(YX₂)₂相当于Mg（OH）₂，分解生成MgO和H₂O，所以Mg(YX₂)₂分解生成Mg₃N₂和4_NH3，化学方程式为3 Mg(NH₂)₂==Mg₃N₂+4NH₃↑；
（2）0℃时H₂O为固态，水中的O和金刚石中的C都是sp³杂化，且水分子间能形成氢键，氢键具有方向性，每个水分子可与相邻的4个水分子形成氢键，所以冰的空间排列方式与金刚石晶胞类似；
两个X₂Z分子间的最近距离的计算与金刚石中C与C原子的最近距离的计算相同，冰晶胞中共含8个水分子，2个水分子最近的距离是四面体的中心到顶点的距离，即为晶胞棱长的，设晶胞棱长是bpm，则晶胞的密度a=8×18/N_A/(b×10^-10)³,b=×10¹⁰,所以两个X₂Z分子间的最近距离为×10¹⁰；冰的升华热是51kJ/mol，水分子间还存在范德华力（11kJ/mol），1mol水中含有2mol氢键，升华热=范德华力+氢键，所以冰晶体中氢键的“键能”是20kJ/mol；
（3）①Ni²⁺核外有26个电子，所以离子的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸；有26个电子就有26种运动状态；
②尿素分子中碳原子周围有3个σ键，无孤对电子，所以是sp²杂化；尿素分子中除碳氧是双键外其余均是单键，双键中有1个是σ键，所以1 mol尿素分子中含有的σ键数为7N_A；
③NO₃^-的价层电子对数=3+1/2(5+1-3×2)=3,所以NO₃^-的空间构型是平面正三角形；
④NiO中Ni的化合价为+2价，样品中W³⁺与W²⁺的离子数之比为6∶91，若该晶体的化学式为W_xZ，根据晶体仍呈电中性，得6/97×x×3+91/97×x×2=2，解得x=0.97.