Question

8．已知原子序数依次增大的X、Y、Z、D、E、F六种前四周期元素．X是宇宙中最丰富的元素；Y和Z基态原子的未成对电子数均等于周期序数；D的氧化物是典型的两性氧化物；E是所在周期中电负性最大的元素；F的单质是一种紫红色金属，在潮湿空气中该金属表面会慢慢生成一种绿色固体．请回答下列问题（用元素符号或化学式表示）：
（1）X元素位于周期表的s区．
（2）基态D原子的价电子轨道表示式是，其第一电离能反常地低于同周期前一种元素，原因是Mg原子的3s²全充满，反而比Al原子3p¹稳定．
（3）YZ₂分子的电子式是，该分子的空间构型是直线型．
（4）甲是由X、Y、Z三种原子构成的含有16个电子的分子，甲中Y原子的杂化类型是sp²，它能溶于水的原因是HCHO和H₂O分子间形成氢键，且都是极性分子，相似相溶．
（5）金属F与XE的热浓溶液反应产物之一是X₃[FE₄]，该反应的化学方程式是2Cu+8 HCl（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂↑+2H₃[CuC1₄]．
（6）F与Z形成的一种晶胞结构如图，其中F原子均匀地分散在立方体内部，原子a、b、d的坐标参数依次为（0，0，0）、（$\frac{1}{2}$，$\frac{1}{2}$，$\frac{1}{2}$）、（3m，3m，3m），则m=$\frac{1}{4}$．已知该晶体的密度为ρg/cm³，N_A是阿伏伽德罗常数值，则原子b和d之间的核间距是$\frac{\sqrt{3}}{4}$$\root{3}{\frac{144}{ρ{N}_{A}}}$×10⁷nm（列出计算式即可）．

Answer 1

分析 X是宇宙中最丰富的元素，则元素X为H；Y和Z基态原子的未成对电子数均等于周期序数，则元素Y为C，则元素Z为O；D的氧化物是典型的两性氧化物，则元素D为Al；E是所在周期中电负性最大的元素，则元素E为Cl；F的单质是一种紫红色金属，在潮湿空气中该金属表面会慢慢生成一种绿色固体，则元素F为Cu，据此进行分析．
（6）b与周围4个d原子形成正四面体结构，b，d与顶点的连线处于晶胞体对角线上，a（0，0，0），b（$\frac{1}{2}$，$\frac{1}{2}$，$\frac{1}{2}$），则d（$\frac{3}{4}$，$\frac{3}{4}$，$\frac{3}{4}$），故m=$\frac{1}{4}$；该晶胞中Cu离子个数=4，O离子个数=$\frac{1}{8}$×8+1=2，铜离子和氧离子个数比=4：2=2：1，所以其化学式为Cu₂O，该离子化合物的摩尔质量为M g/mol，晶体的密度为ρg/cm³，阿伏伽德罗常数为N_A，则晶胞边长a=$\root{3}{\frac{\frac{M}{{N}_{A}}}{ρ}}$，晶胞中Cu与O的距离为$\frac{\sqrt{3}}{4}$a=$\frac{\sqrt{3}}{4}$$\root{3}{\frac{\frac{M}{{N}_{A}}}{ρ}}$，以此来解答．

解答 解：X是宇宙中最丰富的元素，则元素X为H；Y和Z基态原子的未成对电子数均等于周期序数，则元素Y为C，则元素Z为O；D的氧化物是典型的两性氧化物，则元素D为Al；E是所在周期中电负性最大的元素，则元素E为Cl；F的单质是一种紫红色金属，在潮湿空气中该金属表面会慢慢生成一种绿色固体，则元素F为Cu，
（1）氢元素位于周期表的s区，
故答案为：s；
（2）基态Al原子的电子排布式为Is²2s²2p⁶3S²3p¹，所以价电子的轨道表示式为；其第一电离能反常地低于同周期前一种元素，原因是Mg原子的3s²全充满，反而比Al原子3p¹稳定，
故答案为：；Mg原子的3s²全充满，反而比Al原子3p¹稳定；
（3）CO₂是共价化合物，其结构式为O=C=O，碳原子和氧原子之间有2对电子，其电子式为；该分子的空间构型是直线型，
故答案为：；直线型；
（4）甲是由X、Y、Z三种原子构成的含有16个电子的分子，故甲为CH₂O，价层电子对数为2+1=3，不含孤电子对，杂化轨道数为3，故C原子采取sp²杂化；它能溶于水的原因是HCHO和H₂O分子间形成氢键，且都是极性分子，相似相溶，
故答案为：sp²；HCHO和H₂O分子间形成氢键，且都是极性分子，相似相溶；
（5）金属Cu与HCl的热浓溶液反应生成H₃[CuC1₄]和H₂，故化学方程式为2Cu+8 HCl（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂↑+2H₃[CuC1₄]，
故答案为：2Cu+8 HCl（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂↑+2H₃[CuC1₄]；
（6）b与周围4个d原子形成正四面体结构，b，d与顶点的连线处于晶胞体对角线上，a（0，0，0），b（$\frac{1}{2}$，$\frac{1}{2}$，$\frac{1}{2}$），则d（$\frac{3}{4}$，$\frac{3}{4}$，$\frac{3}{4}$），故m=$\frac{1}{4}$；该晶胞中Cu离子个数=4，O离子个数=$\frac{1}{8}$×8+1=2，铜离子和氧离子个数比=4：2=2：1，所以其化学式为Cu₂O，该离子化合物的摩尔质量为M g/mol，晶体的密度为ρg/cm³，阿伏伽德罗常数为N_A，则晶胞边长a=$\root{3}{\frac{\frac{M}{{N}_{A}}}{ρ}}$，晶胞中Cu与O的距离为$\frac{\sqrt{3}}{4}$a=$\frac{\sqrt{3}}{4}$$\root{3}{\frac{\frac{M}{{N}_{A}}}{ρ}}$=$\frac{\sqrt{3}}{4}$$\root{3}{\frac{144}{ρ{N}_{A}}}$×10⁷nm，
故答案为：$\frac{1}{4}$；$\frac{\sqrt{3}}{4}$$\root{3}{\frac{144}{ρ{N}_{A}}}$×10⁷．

点评 本题以元素的推断为载体考查了电子轨道表示式、杂化类型、空间构型、晶胞的有关计算等知识点，难点是晶胞的计算，先确定晶胞的质量，再根据质量、体积和密度的关系来计算即可，难度较大．