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【题目】【化学——选修3:物质结构与性质】周期表中前四周期元素R、W、X、Y、Z的原子序数依次递增。R基态原子中,电子占据的最高能层符号为L,最高能级上只有两个自旋方向相同的电子。工业上通过分离液态空气获得X单质。Y原子的最外层电子数与电子层数之积等于R、W、X三种元素的原子序数之和。Z基态原子的最外能层只有一个电子,其他能层均已充满电子。请回答下列问题:
(1)Z2+基态核外电子排布式为:_______________________。
(2)YX4-的空间构型是:_________,HYX4酸性比HYX2强,其原因是:_______________。
(3)结构简式为RX(WH2)2的化合物中R原子的杂化轨道类型为:________________ (H为氢元素,下同)
(4)往Z的硫酸盐溶液中通入过量的WH3,可生成[Z(WH3)4]SO4,下列说法正确的是:____________。A.[Z(WH3)4]SO4中所含的化学键有离子键、极性键和配位键
B.在[Z(WH3)4]2+中Z2+给出孤对电子,WH3提供空轨道进
C.[Z(WH3)4]SO4组成元素中第一电离能最大的是氧元素
(5)某Y与Z形成的化合物的晶胞如下图所示 (黑点代表Z原子)。
①该晶体的化学式为____________。
②已知该晶体的密度为ρg·cm-3,阿伏加徳罗常数为NA,则该晶体中Z原子和Y原子之间的最短距离为___________㎝(只写计算式)(Z原子位于体对角线上)。
【答案】(l)[Ar]3d9或ls22s22p63s23p63d9(2分)
(2)正四面体(2分)HClO4有3个非羟基氧,而HClO2有1个非羟基氧(2分)
(3)sp2(2分)(4)A(2分)(5)①CuCl(2分)②(3分)
【解析】试题分析:周期表中前四周期元素R、W、X、Y、Z的原子序数依次递增.R基态原子中,电子占据的最高能层符号为L,最高能级上只有两个自旋方向相同的电子,核外电子排布式为1s22s22p2,则R为C元素;工业上通过分离液态空气获得X单质,结合原子序数可知X为O元素、W为N元素;Y原子的最外层电子数与电子层数之积等于R、W、X三种元素的原子序数之和,三元素原子序数之和为6+7+8=21,则Y为Cl元素;Z基态原子的最外能层只有一个电子,其他能层均已充满电子,原子序数大于氯,处于第四周期,核外电子数为2+8+18+1=29,故Z为Cu。则
(1)Cu2+基态核外电子排布式为[Ar]3d9或 ls22s22p63s23p63d9;
(2)ClO4-中Cl原子孤电子对数=(7+12×4)÷2=0、价层电子对数=4+0=4,故其空间构型是正四面体;HClO4有 3 个非羟基氧,而 HClO2有 1 个非羟基氧,HClO4酸性比HClO2强;
(3)结构简式为CO(N2H3)2的化合物中碳原子形成3个σ键,没有孤对电子,杂化轨道数目为3,碳原子的杂化轨道类型为sp2;
(4)往CuSO4溶液中通入过量的NH3,可生成[Cu(NH3)4]SO4,A.[Cu(NH3)4]SO4中配离子与外界硫酸根之间形成离子键,铜离子与氨气分子之间形成配位键,氨气分子与硫酸根中含有极性键,A正确;B.在[Cu(NH3)4]2+中Cu2+提供空轨道,NH3给出孤对电子,B错误;C.非金属性越强,第一电离能越大,氮元素2p轨道为半满稳定状态,能量较低,第一电离能高于氧元素的,[Cu(NH3)4]SO4组成元素中第一电离能最大的是N元素,C错误,答案选A。
(5)①晶胞中黑色球数目为4,白色球数目为8×1/8+6×1/2=4,该晶体的化学式为CuCl;
②黑色球与周围的4个白色球相邻,形成正四面体结构,黑色球与晶胞顶点白色球连线处于晶胞体体对角线上,为二者距离为体对角线长度的1/4,而体对角线长度为晶胞棱长的倍,晶胞质量为
g,该晶体的密度为ρg/cm-3,则晶胞棱长为
,故该晶体中Z原子和Y原子之间的最短距离为
。
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