Question

3．前四周期元素X、Y、Z、W、R的原子序数依次增大，已知：X原子的2p轨道为半充满状态；Y原子的L层有2个未成对电子；Z与Y位于同主族；W的+2价简单离子核外电子层排布与Ar原子相同；R原子的d轨道上有3个空轨道．请回答下列问题：
（1）R原子的基态电子排布式为[Ar]3d²4s²．
（2）X、Y原子的第一电离能大小顺序为N＞O．（用元素符号表示）
（3）X的常见单质分子结构中σ键数目为1．
（4）Z的最高价氧化物对应水化物的酸根离子空间构型为正四面体，中心原子的杂化轨道类型为sp³．
（5）下列分子即不存在s-pσ键，也不存在p-pπ键的是D．
A．HCl  B．HF  C．SO₂   D．SCl₂
（6）某矿物晶体由Y、W、R三种元素组成，其晶胞结构如图所示．则该矿物的化学式为CaTiO₃，若已知该晶胞的边长为acm，则该晶胞的密度为$\frac{136}{{a}^{3}{N}_{A}}$g/cm³．（用含a、N_A的代数式表示）

Answer 1

分析 前四周期元素X、Y、Z、W、R的原子序数依次增大，X原子的2p轨道为半充满状态，则X为N元素，Z与Y位于同主族，Y原子的L层有2个未成对电子，则Y为O元素，Z为S元素；W的+2价简单离子核外电子层排布与Ar原子相同，则W为Ca元素，R原子的d轨道上有3个空轨道，外围电子排布为3d²4s²，则R为Ti．
（1）根据原子排布构造原理书写；
（2）同周期元素第一电离能自左向右逐渐增大，但是N原子的2P轨道半充满，属于稳定结构，第一电离能大于O原子的；
（3）氮气分子中N原子之间形成N≡N三键，三键含有1个σ键，2个π键；
（4）Z为S元素，最高价氧化物对应水化物的酸根离子为SO₄^2-，计算S原子价层电子对数、孤电子对数，判断杂化方式和空间构型；
（5）HCl、HF分子中存在s-pσ键，SO₂中含有双键，存在p-pπ键，SCl₂中存在p-pσ键；
（6）利用均摊法计算化学式，根据密度公式计算密度．

解答 解：前四周期元素X、Y、Z、W、R的原子序数依次增大，X原子的2p轨道为半充满状态，则X为N元素，Z与Y位于同主族，Y原子的L层有2个未成对电子，则Y为O元素，Z为S元素；W的+2价简单离子核外电子层排布与Ar原子相同，则W为Ca元素，R原子的d轨道上有3个空轨道，外围电子排布为3d²4s²，则R为Ti．
（1）R为Ti，原子的基态电子排布式为[Ar]3d²4s²，故答案为：[Ar]3d²4s²；
（2）X、Y分别为N和O，由于N原子2P轨道半充满，第一电离能大于O的，即原子的第一电离能大小顺序为N＞O，故答案为：N＞O；
（3）X为N元素，常见单质分子中N原子之间形成N≡N三键，三键含有1个σ键，2个π键，故答案为：1；
（4）Z为S元素，最高价氧化物对应水化物的酸根离子为SO₄^2-，中心原子S电子对数为4+$\frac{6+2-2×4}{2}$=4，孤电子对数为0，SO₄^2-的空间构型为正四面体，S原子杂化数目为4，其杂化类型为sp³，故答案为：正四面体；sp³；
（5）A． HCl中存在s-pσ键，故错误；
B．HF中存在s-pσ键，故错误；
C．SO₂中含有双键，存在p-pπ键，故错误；
D． SCl₂中S原子与Cl原子中形成单键，存在p-pσ键，故正确；
故选D；
（6）Y、W、R三种元素分别为O、Ca、Ti，O位于面心，O原子数目为6×$\frac{1}{2}$=3，Ca位于体心，Ca原子数目为1，Ti位于顶点，Ti原子数目为8×$\frac{1}{8}$=1，故化学式为CaTiO₃，晶胞质量为$\frac{40+48+16×3}{{N}_{A}}$g，该晶胞的边长为a cm，则该晶胞的密度ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{40+48+16×3}{{N}_{A}}$g÷（a cm）³=$\frac{136}{{a}^{3}{N}_{A}}$g/cm³，故答案为：CaTiO₃；$\frac{136}{{a}^{3}{N}_{A}}$．

点评 本题是对物质结构的考查，涉及核外电子排布、电离能、杂化方式、空间构型、化学键、晶胞计算等，需要学生具备扎实的基础，难度中等．