题目内容
16．
X、Y、Z、W四种元素原子序数依次增大且均小于36．Z基态原子最外层电子数是其内层电子总数的3倍，Y基态原子是同周期元素中未成对电子数最多的原子，X分别与Y、Z元素组合均可形成10电子微粒，W基态原子有10个价电子．回答下列问题（以下问题均以推知元素符号作答）：（1）若YX3与X2Z、YX2-与ZX-、Y3-与Z2-性质相似，请写出Mg（YX2）2在一定条件下分解的化学方程式：3Mg（NH2）2═Mg3N2+4NH3↑．
（2）已知0℃时，X2Z的密度为a g•cm-3，其晶胞中X2Z分子的空间排列方式与金刚石晶胞类似，相似的原因是水中的O和金刚石中的C都是sp3杂化，且水分子间的氢键具有方向性，每个水分子可与相邻的4个水分子形成氢键．两个X2Z分子间的最近距离为$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{144}{a{N}_{A}}}$×1010pm（用a和NA表示）．已知X2Z的升华热是51kJ•mol-1，除氢键外，X2Z分子间还存在范德华力（11kJ•mol-1），则X2Z晶体中氢键的“键能”是20kJ•mol-1．
（3）WZ是一种功能材料，已被广泛用于电池电极、催化剂、半导体、玻璃染色剂等方面．工业上常以W（YZ3）2•6X2Z和尿素[CO（NH2）2]为原料制备．
①W2+的基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d8，其核外电子有26种运动状态．
②尿素分子中碳原子的杂化方式为sp2杂化，1mol尿素分子中含有的σ键数目为7×6.02×1023．
③YZ3-的空间构型为平面正三角形．
④WZ晶体的结构与NaCl相同，但天然的和绝大部分人工制备的晶体都存在各种缺陷，例如在某种WZ晶体中就存在如图所示的缺陷：一个W2+空缺，另有两个W2+被两个W3+所取代．其结果晶体仍呈电中性，但化合物中W和Z的比值却发生了变化．经测定某样品中W3+与W2+的离子数之比为6：91．若该晶体的化学式为WxZ，则x=0.97．
分析 X、Y、Z、W四种元素原子序数依次增大且均小于36． Z基态原子最外层电子数是其内层电子总数的3倍，只能有2个电子层，最外层电子数为6，则Z为O元素；Y原子序数小于O元素，其基态原子是同周期元素中未成对电子数最多的原子，处于ⅤA族，故Y为N元素；X分别与N、O元素组合均可形成10电子微粒，则X为H元素；W基态原子有10个价电子，为过渡元素，外围电子排布式为3d84s2，故W为Ni，然后结合元素化合物知识及原子结构解答．
解答 解：X、Y、Z、W四种元素原子序数依次增大且均小于36． Z基态原子最外层电子数是其内层电子总数的3倍，只能有2个电子层，最外层电子数为6，则Z为O元素；Y原子序数小于O元素，其基态原子是同周期元素中未成对电子数最多的原子，处于ⅤA族，故Y为N元素；X分别与N、O元素组合均可形成10电子微粒，则X为H元素；W基态原子有10个价电子，为过渡元素，外围电子排布式为3d84s2，故W为Ni，
（1）若 NH3与H2O﹑NH2-与OH-﹑N3-与O2-性质相似，则Mg（NH2）2与氢氧化镁性质相似，一定条件下分解生成Mg3N2、NH3，化学反应方程式为：3 Mg（NH2）2═Mg3N2+4NH3↑，
故答案为：3Mg（NH2）2═Mg3N2+4NH3↑；
（2）已知0℃时H2O的密度为a g/cm3，其晶胞中H2O分子的空间排列方式与金刚石晶胞类似，相似的原因是：水中的O和金刚石中的C都是sp3杂化，且水分子间的氢键具有方向性，每个水分子可与相邻的4个水分子形成氢键；
晶胞中水分子位于顶点、面心上，晶胞内部还有4个水分子，故晶胞中水分子数目=4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，则晶胞质量=$\frac{8×18}{{N}_{A}}$g，晶胞棱长=$\root{3}{\frac{\frac{8×18}{{N}_{A}}g}{ag/c{m}^{3}}}$=$\root{3}{\frac{144}{a{N}_{A}}}$cm，内部1个水分子与1个顶点水分子以及该顶点所在3个面的面心中水分子构成正四面体，则正四面体的棱长=$\sqrt{2}$×$\root{3}{\frac{144}{a{N}_{A}}}$cm×$\frac{1}{2}$=$\frac{\sqrt{2}}{2}$×$\root{3}{\frac{144}{a{N}_{A}}}$cm，令正四面体体心水分子到顶点距离为y，即水分子分子之间的距离y，到底面的距离为b，正四面体可以分成相同的4个四面体（由体心水分子与3个顶点水分子构成），则$\frac{1}{3}$πS（y+b）=4×$\frac{1}{3}$×πSb，故y=3b，假设棱长$\frac{\sqrt{2}}{2}$×$\root{3}{\frac{144}{a{N}_{A}}}$为n，底面中心到顶点距离=$\frac{\sqrt{3}}{2}$n cm×$\frac{2}{3}$=$\frac{\sqrt{3}}{3}$n cm，故（$\frac{\sqrt{3}}{3}$n）2+（4b）2=n2，解得b=$\frac{\sqrt{6}}{12}$n，故y=3b=3×$\frac{\sqrt{6}}{12}$×$\frac{\sqrt{2}}{2}$×$\root{3}{\frac{144}{a{N}_{A}}}$cm=$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{144}{a{N}_{A}}}$cm=×$\root{3}{\frac{144}{a{N}_{A}}}$×1010pm；
冰的升华热是51kJ/mol，水分子间还存在范德华力（11kJ/mol），1mol水中含有2mol氢键，升华热=范德华力+氢键，所以冰晶体中氢键的“键能”=$\frac{1}{2}$×（51kJ/mol-11kJ/mol）=20kJ/mol，
故答案为：水中的O和金刚石中的C都是sp3杂化，且水分子间的氢键具有方向性，每个水分子可与相邻的4个水分子形成氢键；$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{144}{a{N}_{A}}}$×1010；20；
（3）①Ni是28号元素，根据原子核外电子排布规律可知，Ni2+的基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d8，每个电子运动状态都不相同，核外电子有26种运动状态
故答案为：1s22s22p63s23p63d8；26；
②尿素分子的结构简式为
，所以尿素分子中碳原子的杂化方式为sp2杂化，每个分子中含有7个σ键，所以1mol尿素中含有7molσ键，含有的σ键数为7×6.02×1023，
故答案为：sp2；7×6.02×1023；
③NO3-中N原子孤电子对=$\frac{5+1-2×3}{2}$=0、价层电子对数=0+3=3，其空间构型平面正三角形，
故答案为：平面正三角形；
④因为氧化镍样品中Ni3+与Ni2+的离子数之比为6：91，所以镍元素的平均价为$\frac{6×3+91×2}{6+91}$=$\frac{200}{97}$根据化合物化合价代数各为零，得$\frac{200}{97}$x=2，则x=0.97，
故答案为：0.97．
点评 本题是对物质结构的考查，涉及晶胞计算、核外电子排布、杂化轨道、微粒结构、氢键等知识点，侧重对晶胞计算的考查，需要学生具有一定的空间想象与数学运算能力，注意熟记中学常见晶体结构，难度较大．
发散思维新课堂系列答案
，G
）氮原子上的氢原子可以像A上的氢原子那样与C发生加成反应，再缩聚成高分子化合物．写出尿素与C在一定条件下生成线性高分子化合物的化学方程式
任意一种．| X | 动植物生长不可缺少的元素，是蛋白质的重要成分 |
| Y | 地壳中含量居第一位 |
| Z | 短周期中其原子半径最大 |
| Q | 生活中大量使用其合金制品，工业上可用电解其氧化物的方法制备其单质 |
| M | 海水中大量富集的元素之一，其最高正化合价与负价的代数和为6 |
．（2）已知37Rb和53I都位于第五周期，分别与Z和M同一主族．下列有关说法正确的是ACD（填序号）．
A．原子半径：Rb＞I
B．RbM中含有共价键
C．气态氢化物热稳定性：M＞I
D．Rb、Q、M的最高价氧化物对应的水化物可以两两发生反应
（3）化合物QX导热性好，热膨胀系数小，是良好的耐热冲击材料．有关化合物QX的制备及化学性质如下（所有热量数据均已折合为25℃、101.3 kPa条件下的数值）．
①可用Q和X的单质在800～1 000℃制得，每生成1mol QX，吸收a kJ的热量．
②可用Q的氧化物、焦炭和X的单质在1 600～1750℃生成QX，每消耗18g碳生成1mol QX，吸收bkJ的热量．
请根据上述信息写出在理论上Q的氧化物跟焦炭反应生成Q单质和CO的热化学方程式3C（s）+Al2O3（s）═2Al（s）+3CO（g）△H=2b-2a kJ•mol-1．
（4）X、Y组成的一种无色气体遇空气变为红棕色．标准状况下将40 L该无色气体与15 L氧气通入一定浓度的NaOH溶液中，恰好被完全吸收，同时生成两种盐．请写出该反应的离子方程式8NO+3O2+8OH-=2NO3-+6NO2-+4H2O．
NaClO和KAl（SO4）2都是重要的化工产品，均可应用于造纸业．
某研究性学习小组利用以下材料来探究NH3的还原性，部分实验装置如图．| A． | 向煤中加入适量CaO，可大大减少燃烧产物中SO2的量 | |
| B． | 葡萄酒中的花青素在碱性环境下显蓝色，故可用苏打粉检验假红酒 | |
| C． | 石油裂解、煤的干馏、玉米制醇、蛋白质的变性和纳米银粒子的聚集都是化学变化 | |
| D． | 燃料的脱硫脱氮、SO2的回收利用和NOx的催化转化都是减少酸雨产生的措施 |