Question

[化学--选修3：物质结构与性质]X、Y、Z、W是元素周期表中前四周期中的四种元素，其中X的原子中不存在中子，Y原于的最外层电子数是其内层电子数的2倍，Z原子基态时2p原子轨道上有3个未成对的电子，W的原子序数为29．请回答下列问题：
（1）写出Y原子基态时的价电子排布式：

 

．
（2）X和Y可以形成Y₂X₄分子，1个Y₂X₄分子中含有σ键的数目为

 

，其中Y原子的杂化轨道类型为

 

．
（3）元素Y的一种氧化物与元素2的一种氧化物互为等电子体，则元素Z的这种氧化物的分子式是

 

．
（4）图1表示某种含Z有机化合物的结构，其分子内4个Z原子分别位于正四面体的4个顶点（见图2），分子内存在空腔，能嵌入某离子或分子并形成4个氢键予以识别．下列分子或离子中，能被该有机化合物识别的是

 

（填标号）．
A．CF₄ B．CH₄ C．NH

+ 4

D．H₂O
（5）元素W的一种氯化物晶体的晶胞结构如图3所示，该氯化物的化学式是

 

．已知其晶胞边长为a nm，则其晶体密度为

 

g?cm^-3（列出算式即可）．该氯化物可与浓盐酸发生非氧化还原反应，生成配合物H_nWCl₃，则反应的化学方程式为

 

．
（6）元素金（Au）与W形成的一种合金晶体具有立方最密堆积的结构，在晶胞中W原子处于面心，Au原子处于顶点位置．该晶体中原子之间的作用力是

 

；该晶体具有储氢功能，氢原子可进入到由W原子与Au原子构成的四面体空隙中．若将W原子与Au原子等同看待，该晶体储氢后的晶胞结构与CaF₂的结构图4相似，该晶体储氢后的化学式应为

 

．

Answer 1

分析：X、Y、Z、W是元素周期表中前四周期中的四种元素，其中X的原子中不存在中子，则X为H元素；Y原于的最外层电子数是其内层电子数的2倍，最外层电子数不能超过8个，内层为K层，则Y是C元素；Z原子基态时2p原子轨道上有3个未成对的电子，则Z是N元素；W的原子序数为29，则W是Cu元素，结合元素、物质的结构和性质分析解答．

解答：解：X、Y、Z、W是元素周期表中前四周期中的四种元素，其中X的原子中不存在中子，则X为H元素；Y原于的最外层电子数是其内层电子数的2倍，最外层电子数不能超过8个，内层为K层，则Y是C元素；Z原子基态时2p原子轨道上有3个未成对的电子，则Z是N元素；W的原子序数为29，则W是Cu元素，
（1）Y是C元素，其最外层电子就是其价电子，2s能级上有2个电子，2p能级上有2个电子，所以其价电子排布式为2s²2p²，故答案为：2s²2p²；
（2）X和Y可以形成Y₂X₄分子是乙烯分子，乙烯的结构简式为CH₂=CH₂，一个乙烯分子中含有5个σ键，每个碳原子含有3个σ键且不含孤电子对，所以C原子的杂化轨道类型为sp²，
故答案为：5；sp²；
（3）元素C的一种氧化物与元素N的一种氧化物互为等电子体，则这两种化合物分别是CO₂、N₂O，则元素Z的这种氧化物的分子式是 N₂O，故答案为：N₂O；
（4）形成氢键的条件：一是要有H原子，二是要电负性比较强，半径比较小的原子比如F、O、N等构成的分子间形成的特殊的分子间作用力，符合这样的选项就是C和D，但题中要求形成4个氢键，氢键具有饱和性，故选C；
（5）白色小球个数=8×

1

8

+6×

1

2

=4，黑色小球个数=4，所以其化学式为CuCl；
晶胞体积V=（a×10^-7）³cm³，ρ=

m

V

=

99.5 NA ×4

(a×10-7)3

g?cm^-3=

4×99.5

(a×10-7)3NA

g?cm^-3，
CuCl和浓盐酸发生非氧化还原反应，生成配合物H_nCuCl₃，根据化合物中化合价的代数和为0知，n=2，
所以该反应方程式为CuCl+2HCl═H₂CuCl₃（或CuCl+2HCl═H₂[CuCl₃]，
故答案为：CuCl；

4×99.5

(a×10-7)3NA

；CuCl+2HCl═H₂CuCl₃（或CuCl+2HCl═H₂[CuCl₃]；
（6）合金中原子之间存在金属键，Cu原子处于面心，Au原子处于顶点位置，该晶胞中Cu原子个数=6×

1

2

=3，Au原子个数=8×

1

8

=1，根据图知，黑色小球相当于H原子，为8个，所以晶体储氢后的化学式应为H₈AuCu₃，
故答案为：金属键；H₈AuCu₃．

点评：本题考查了晶胞的计算、化学式的确定、等电子体等知识点，这些都是学习重点和难点，会利用均摊法确定化学式，会根据密度公式计算晶胞，难度中等．