Question

11．元素X 位于第四周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，且最外层电子数为2．元素Y基态原子的3p 轨道上有4个电子．元素Z 的原子最外层电子数是其内层的3倍．
（1）X与Y所形成化合物晶体的晶胞如图所示．
①在1个晶胞中，X离子的数目为4．
②该化合物的化学式为ZnS．若其晶胞边长为540.0pm，则密度为4.1g/cm³，X与最近的Y之间的距离为$\frac{270}{\sqrt{1-cos10{9}^{°}2{8}^{′}}}$pm
（2）在Y的氢化物（H₂Y）分子中，Y原子轨道的杂化类型是sp³．
（3）Y 与Z 可形成YZ₄^2-
①YZ₄^2-的空间构型为正四面体（用文字描述）．
②写出一种与YZ₄^2-互为等电子体的分子的化学式：CCl₄或SiCl₄．
（4）X的氯化物与氨水反应可形成配合物[X（NH₃）₄]Cl₂，1mol该配合物中含有σ键的数目为16N_A或16×6.02×10²³个．

Answer 1

分析 元素X位于第四周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，则内层电子数=2+8+18=28，且最外层电子数为2，所以该原子有30个电子，则X为Zn元素；元素Y基态原子的3p轨道上有4个电子，则Y是S元素；元素Z的原子最外层电子数是其内层的3倍，元素最外层电子数小于或等于8，所以Z是O元素，据此进行解答．

解答 解：元素X位于第四周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，则内层电子数=2+8+18=28，且最外层电子数为2，所以该原子有30个电子，则X为Zn元素；元素Y基态原子的3p轨道上有4个电子，则Y是S元素；元素Z的原子最外层电子数是其内层的3倍，元素最外层电子数小于或等于8，所以Z是O元素，
（1）①根据晶胞结构可知，黑球X处于顶点和面上，则黑球的个数为：$\frac{1}{8}$×8+$\frac{1}{2}$×6=4，
故答案为：4；
②白球全部在晶胞内部，该晶胞中含有白球个数是4，黑球处于顶点和面上，则黑球的个数为4，则二者形成的化合物为ZnS；该晶胞中含有4个ZnS，则其密度为：ρ=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}}{V}$=$\frac{4×\frac{65+32}{6.02×1{0}^{23}}g}{（540×1{0}^{-10}{cm）}^{3}}$=4.1g/（cm）³；
每个黑色小球连接4个白色小球，构成正四面体结构，白球和黑球之间的夹角为109°28′，两个白球之间的距离=270$\sqrt{2}$pm，设S^2-离子与Zn²⁺离子之间的距离为x，2x²-2x²cos109°28′=（270$\sqrt{2}$pm）²，
则：x=$\sqrt{\frac{（270\sqrt{2}pm）^{2}}{2（1-cos10{9}^{°}2{8}^{′}）}}$=$\frac{270}{\sqrt{1-cos10{9}^{°}2{8}^{′}}}$pm；
故答案为：ZnS；4.1g/cm³；$\frac{270}{\sqrt{1-cos10{9}^{°}2{8}^{′}}}$pm；
（2）H₂S分子中，S原子的价层电子数=$\frac{6+2}{2}$=4，所以S原子的轨道的杂化类型是sp³杂化，
故答案为：sp³；
（3）①SO₄^2-中S原子的价层电子数=4+$\frac{1}{2}$（6+2-4×2）=4，且没有孤电子对，所以是正四面体结构，
故答案为：正四面体；
②YZ₄^2-为SO₄^2-，其含有的电子数为：16+4×8+2=50，与其等电子体的分子有：CCl₄、SiCl₄，
故答案为：CCl₄或SiCl₄；
（4）配合物[Zn（NH₃）₄]Cl₂中，锌离子与氨分子之间有4个配位键，每个氨分子中有3个共价键，所以1mol该配合物中含有配位键的数目为：16N_A或16×6.02×10²³个，
故答案为：16N_A或16×6.02×10²³个．

点评 本题主要考查了位置、结构与性质关系的应用及晶胞计算，题目难度较大，涉及原子杂化方式、离子的空间构型、等电子体、晶胞计算等知识，元素推断是解题的关键，注意掌握原子结构与元素周期表、元素周期律的关系，明确晶胞计算的方法，试题侧重考查学生的分析能力及灵活应用能力．