Question

12．有X、Y、Z、W、P、Q六种前两周期的主族元素，原子序数依次增大，价电子数之和为26，原子半径依Y、Z、W、P、Q、X依次减小．围绕上述元素，回答下列问题：
（1）Q的电子排布图为，YQ₃中心原子的杂化类型为sp²，Z与Q两元素第一电离能的大小关系：Z＜Q（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）X₂P和ZP₂固态时均为分子晶体，但熔点X₂P比ZP₂高得多，原因是H₂O分子存在分子间氢键．
（3）固体A是离子晶体，结构类似于CsCl，组成中含W的质量分数为73.7%，它的所有原子的最外层都符合相应的稀有气体原子的最外层电子结构，该物质适当加热就分解成两种单质气体．该物质的电子式，其与水反应的化学方程式为NH₄H+H₂O=NH₃•H₂O+H₂↑．
（4）Z单质有三类异形体，其中一种骨架型原子晶体的立方晶胞如图，计算晶体中Z原子的空间利用率为33.99%（$\sqrt{2}$=1.41，$\sqrt{3}$=1.73）．

Answer 1

分析 有X、Y、Z、W、P、Q六种前两周期的主族元素，由原子序数X＜Y，原子半径X＜Y，可知X只能处于第一周期，其余元素处于第二周期，故X为H元素；Y、Z、W、P、Q原子序数依次增大，原子半径依Y、Z、W、P、Q依次减小，则最外层电子数依次增大，它们最外层电子数之和为26-1=25，最外层电子数只能分别为3、4、5、6、7，故Y为B、Z为C、W为N、P为O、Q为F；
（1）Q是F元素，根据核外电子排布画出其电子排布式；根据价层电子对互斥理论判断BF₃中心原子B原子杂化方式；Z是C元素、Q是F元素，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；
（2）氢键导致物质的熔沸点升高；
（3）固体A是离子晶体，结构类似于CsCl，组成中含N的质量分数为73.7%，它的所有原子的最外层都符合相应的稀有气体原子的最外层电子结构，该物质适当加热就分解成两种单质气体，该物质为NH₄H，与水反应生成氢气与一水合氨；
（4）该晶胞中C原子个数=4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，设C原子半径为xcm，则C原子总体积=8×$\frac{4}{3}π$x³cm³，设正六面体棱长为ycm，其体线长=$\sqrt{3}$ycm，距离最近的C原子之间距离为2xcm，这两个碳原子之间的距离等于正六面体体长的$\frac{1}{4}$，所以2xcm=$\frac{\sqrt{3}}{4}y$cm，晶胞体积=y³cm³，空间利用率=$\frac{原子总体积}{晶胞体积}×100%$．

解答 解：有X、Y、Z、W、P、Q六种前两周期的主族元素，由原子序数X＜Y，原子半径X＜Y，可知X只能处于第一周期，其余元素处于第二周期，故X为H元素；Y、Z、W、P、Q原子序数依次增大，原子半径依Y、Z、W、P、Q依次减小，则最外层电子数依次增大，它们最外层电子数之和为26-1=25，最外层电子数只能分别为3、4、5、6、7，故Y为B、Z为C、W为N、P为O、Q为F．
（1）Q为F元素，其电子排布图为，BF₃中心原子B原子价层电子对数为3+$\frac{1}{2}$（3-1×3）=3，故B原子采取sp²杂化；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，所以第一电离能C＜F，
故答案为：；sp²杂化；＜；
（2）H₂O和CO₂固态时均为分子晶体，但H₂O分子存在分子间氢键，熔点H₂O比CO₂高得多，
故答案为：H₂O分子存在分子间氢键；
（3）固体A是离子晶体，结构类似于CsCl，组成中含N的质量分数为73.7%，它的所有原子的最外层都符合相应的稀有气体原子的最外层电子结构，该物质适当加热就分解成两种单质气体，该物质为NH₄H，该物质的电子式为，其与水反应的化学方程式为NH₄H+H₂O=NH₃•H₂O+H₂↑，
故答案为：；NH₄H+H₂O=NH₃•H₂O+H₂↑；
（4）该晶胞中C原子个数=4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，设C原子半径为xcm，则C原子总体积=8×$\frac{4}{3}π$x³cm³，设正六面体棱长为ycm，其体线长=$\sqrt{3}$ycm，距离最近的C原子之间距离为2xcm，这两个碳原子之间的距离等于正六面体体长的$\frac{1}{4}$，所以2xcm=$\frac{\sqrt{3}}{4}y$cm，所以$\frac{x}{y}$=$\frac{\sqrt{3}}{8}$，晶胞体积=y³cm³，空间利用率=$\frac{原子总体积}{晶胞体积}×100%$=$\frac{8×\frac{4}{3}×π×{x}^{3}}{{y}^{3}}$×100%=8×$\frac{4}{3}$×π×（$\frac{\sqrt{3}}{8}$）³×100%=33.99%，故答案为：33.99%．

点评 本题考查物质结构和性质，涉及晶胞计算、电子式的书写、原子杂化方式判断、氢键等知识点，综合性较强，难点是晶胞计算，明确晶胞中距离最近的两个碳原子之间距离与晶胞体长关系是解本题关键，同时考查学生计算及空间想象能力，题目难度中等．