Question

7．X、Y、Z、M、W、R是元素周期表中1～36号元素，且原子序数依次增大，X、Y、Z是位于同一周期的相邻元素，Y元素基态原子的2p轨道处于半充满状态；M为元素周期表1～36号元素中电负性最小的元素，W元素基态原子的价电子构型为3d⁷4s²；R位于周期表第11列．回答下列问题（若需表示具体元素必须用相应的元素符号）：
①X、Z、W三种元素可以形成橘红色易升华的固体配合物W₂（XZ）₈，该配合物中提供空轨道的是Co，提供孤对电子的是CO（填化学式）．
②已知某化合物部分结构如图（a）所示，该化合物由X、Y两元素组成，硬度超过金刚石．该化合物的化学式为C₃N₄，其晶体类型为原子晶体，晶体中X元素原子的杂化方式为sp³．简要分析该晶体比金刚石晶体硬度大的原因C-N键的键长小于C-C键，键能大于C-C键（金刚石的密度3.51g•cm^-3，该晶体密度为3.6g•cm^-3）

图（a）	图（b）

③在图（b）中标出R晶体中R原子的位置，该晶体中R原子直径为a pm，R的相对原子质量为M，阿伏加德罗常数为N_A，该晶胞密度表达式为$\frac{\sqrt{2}M×1{0}^{30}}{{a}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3（用a，M，N_A表示）．

Answer 1

分析 X、Y、Z、M、W、R是元素周期表中1～36号元素，且原子序数依次增大，Y元素基态原子的2P轨道处于半充满状态，原子核外电子排布式为1s²2s²2p³，故Y为N元素；X、Y、Z是位于同一周期的相邻元素，结合原子序数可知X为C元素、Z为O元素；M为元素周期表1～36号元素中电负性最小的元素，则M为K；W元素基态原子的价电子构型为3d⁷4s²，则W为Co；R位于周期表第11列，原子序数大于Co，故R为Cu．
①中心原子或离子含有空轨道，配体含有孤对电子；
②从给出的“化合物”的结构图可知，C原子形成4个键，N原子形成3个键，该化合物的化学式为C₃N₄，故其化学键为共价键，结合硬度大可知其为原子晶体，碳原子形成4个键，尽管N原子形成3个键，但还有1对孤对电子，价层电子对数都是4；原子晶体中共价键越短，化学键越稳定，硬度越大；
③R为Cu，晶体属于面心立方最密堆积，Cu原子处于顶点与面心，面对角线上的原子相切，Cu原子之间为a pm，则晶胞棱长=a×10^-10 cm×2×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=$\sqrt{2}$a×10^-10 cm，根据均摊法计算晶胞中Cu原子数目，表示出晶胞质量，再根据ρ=$\frac{m}{V}$计算晶胞密度．

解答 解：X、Y、Z、M、W、R是元素周期表中1～36号元素，且原子序数依次增大，Y元素基态原子的2P轨道处于半充满状态，原子核外电子排布式为1s²2s²2p³，故Y为N元素；X、Y、Z是位于同一周期的相邻元素，结合原子序数可知X为C元素、Z为O元素；M为元素周期表1～36号元素中电负性最小的元素，则M为K；W元素基态原子的价电子构型为3d⁷4s²，则W为Co；R位于周期表第11列，原子序数大于Co，故R为Cu．
①X、Z、W三种元素可以形成橘红色易升华的固体配合物Co₂（CO）₈，该配合物中提供空轨道的是Co，提供孤对电子的是CO，
故答案为：Co；CO；
②从给出的“化合物”的结构图可知，C原子形成4个键，N原子形成3个键，该化合物的化学式为C₃N₄，故其化学键为共价键，结合硬度大可知其为原子晶体，碳原子形成4个键，故其为sp³杂化，尽管N原子形成3个键，但还有1对孤对电子，价层电子对数为4，因此N原子也是sp³杂化，
由于C-N键的键长小于C-C键，键能大于C-C键，则硬度超过金刚石，
故答案为：C₃N₄；原子晶体；sp³；C-N键的键长小于C-C键，键能大于C-C键；
③R为Cu，晶体属于面心立方最密堆积，Cu原子位置为，面对角线上的原子相切，Cu原子之间为a pm，则晶胞棱长=a×10^-10 cm×2×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=$\sqrt{2}$a×10^-10 cm，晶胞中Cu原子数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，Cu的相对原子质量为M，则故晶胞质量为4×$\frac{M}{{N}_{A}}$g，则晶胞密度为4×$\frac{M}{{N}_{A}}$g÷（$\sqrt{2}$a×10^-10 cm）³=$\frac{\sqrt{2}M×1{0}^{30}}{{a}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3，
故答案为：；$\frac{\sqrt{2}M×1{0}^{30}}{{a}^{3}{N}_{A}}$．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、元素周期律、配合物、晶体类型与性质、晶胞结构与计算等，掌握均摊法进行晶胞有关计算，是对学生综合能力的考查．