Question

有X、Y、Z、W四种元素，原子序数依次减小．已知X是第四周期的主族元素，其部分电离能如图甲所示；X、Y元素具有相同的最高正化合价；Z 原子p轨道共有3个电子；W原子价电子排布式为nsⁿnpⁿ．
请回答下列问题：
（1）X原子的电子排布式为

 

．
（2）第一电离能：X

 

Y（选填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）元素W的一种氢化物（化学式为W₂H₄）是重要的化工原料．有关W₂H₄分子的说法正确的是

 

（填字母）．
A．分子中含有氢键              B．属于非极性分子
C．含有4个σ键和1个π键          D．W的原子与氢原子形成的化学键可以自由旋转
（4）X的氧化物与钛（Ti）的氧化物相互作用，能形成钛酸盐，其晶胞（晶体中最基本的重复单元）示意图如图乙所示．（X、Ti和O三种元素对应的离子分别位于立方体的体心、顶点和面心）．该晶体中，钛离子和周围

 

（填数字）个氧离子相紧邻；已知该晶体的密度为ρ g/cm³，阿伏加德罗常数为N_A，则晶胞中两个Ti原子的最近距离为

 

cm．
（5）Z的气态氢化物分子中Z原子采用

 

杂化；已知NH₄Cl晶体中含有多种化学键，其中一定不含有的化学键是

 

（填字母）．
A．离子键   B．非极性键C．配位键    D．极性键      E．金属键．

Answer 1

分析：X、Y、Z、W四种元素，原子序数依次减小．X是第四周期的主族元素，由图中其部分电离能可知，其第三电离能剧增，则X表现+2价，则处于ⅡA组，故X为Ca；W原子价电子排布式为nsⁿnpⁿ，s能级只能容纳2个电子，则n=2，其价电子排布式为2s²2p²，则W为碳元素；X、Y元素具有相同的最高正化合价，处于同主族，Y的原子序数大于碳元素，则Y为Mg；Z 原子p轨道共有3个电子，原子价电子排布式为ns²np³，处于ⅤA族，原子序数大于Mg，则Z为磷元素，据此解答．

解答：解：X、Y、Z、W四种元素，原子序数依次减小．X是第四周期的主族元素，由图中其部分电离能可知，其第三电离能剧增，则X表现+2价，则处于ⅡA组，故X为Ca；W原子价电子排布式为nsⁿnpⁿ，s能级只能容纳2个电子，则n=2，其价电子排布式为2s²2p²，则W为碳元素；X、Y元素具有相同的最高正化合价，处于同主族，Y的原子序数大于碳元素，则Y为Mg；Z 原子p轨道共有3个电子，原子价电子排布式为ns²np³，处于ⅤA族，原子序数大于Mg，则Z为磷元素，
（1）X为Ca，原子核外电子数为20，其原子的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²；
（2）同主族自上而下第一电离能减小，故第一电离能：Ca＜Mg，
故答案为：＜；
（3）C元素的一种氢化物C₂H₄，分子中不含氢键，分子中C原子之间形成C=C双键、H原子与C原子之间形成C-H，为平面对称结构，属于非极性分子，含有5个σ键和1个π键，C-H单键可以自由旋转，故AC错误、BD正确，
故答案为：BD；
（4）Ca的氧化物与钛（Ti）的氧化物相互作用，能形成钛酸盐，Ca、Ti和O三种元素对应的离子分别位于晶胞立方体的体心、顶点和面心，以定点的Ti离子研究，与之最近的氧离子位于面心上，每个Ti离子为12个面共用，则钛离子和周围12个氧离子相紧邻；
晶胞中两个Ti原子的最近距离为晶胞棱长，晶胞中Ca离子数目=1，Ti离子数目=8×

1

8

=1，O离子数目=6×

1

2

=3，则晶胞质量=

40+48+16×3

NA

g=

136

NA

g，晶胞体积=

136 NA g

ρ g/cm3

=

136

ρNA

cm³，故两个Ti原子的最近距离=

3	136 ρNA

cm，
故答案为：12；

3	136 ρNA

；
（5）O的气态氢化物分子为PH₃，P原子成3个P-H键、含有1对孤对电子，其杂化轨道数目为4，P原子采取sp³杂化，NH₄Cl晶体中含有离子键、极性键、配位键，不含非极性键、金属键，
故答案为：sp³；BE．

点评：本题考查物质结构与性质，涉及核外电子排布、电离能、化学键、晶胞计算等，难度中等，注意理解电离能与化合价关系，（4）注意利用均摊法进行晶胞计算，对学生的空间想象与数学计算有一定的要求．