Question

13．主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，W的原子最外层电子数是次外层电子数的3倍．X、Y和Z分属不同的周期，它们的原子序数之和是W原子序数的5倍．在由元素W、X、Y、Z组成的所有可能的二组分化合物中，由元素W与Y形成的化合物M的熔点最高．请回答下列问题：
（1）W元素原子的L层电子排布式为2s²2p⁴，W₃分子的空间结构为V形；
（2）X单质与水发生主要反应的方程为2F₂+2H₂O=4HF+O₂；
（3）化合物M的化学式为MgO，其晶体结构与NaCl相同，而熔点高于NaCl．M熔点较高的原因是MgO的晶格能大于NaCl的晶格能，将一定量的化合物ZX负载在M上可制得ZX/M催化剂，用于催化碳酸二甲酯与月桂醇酯交换合成碳酸二月桂酯．在碳酸二甲酯分子中，碳原子采用的杂化方式有sp²和sp³，O-C-O的键角约为120°；
（4）X、Y、Z可形成立方晶体结构的化合物，其晶胞中X占据所有棱的中心，Y位于顶角，Z处于体心位置，则该晶体的组成X：Y：Z=3：1：1；
（5）许多金属盐都可以发生焰色反应，其原因是灼烧时电子从基态到激发态，激发态电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，以一定波长光的形式释放能量．

Answer 1

分析 主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，W的原子最外层电子数是次外层电子数的3倍，W原子只能有2个电子层，最外层电子数为6，则W为O元素．X、Y和Z分属不同的周期，它们的原子序数之和是W原子序数的5倍，即三元素原子序数之和为40，X若为第三周期元素，X、Y、Z的原子序数之和大于W原子序数的5倍，所以可以断定X也在第二周期，故X为F元素，则Y、Z原子序数之和=40-9=31，平均原子序数为15.5，可以推断Y处于第三周期、Z处于第四周期，Z的原子序数大于18，若Y为Na元素，则Z为Ca元素，若Y为Mg元素，则Z为K元素，X的原子序数再增大，不符合题意，由于元素W与Y形成的化合物M的熔点最高，故Y为Mg元素，Z为K元素，化合物M为MgO，据此解答．

解答 解：主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，W的原子最外层电子数是次外层电子数的3倍，W原子只能有2个电子层，最外层电子数为6，则W为O元素．X、Y和Z分属不同的周期，它们的原子序数之和是W原子序数的5倍，即三元素原子序数之和为40，X若为第三周期元素，X、Y、Z的原子序数之和大于W原子序数的5倍，所以可以断定X也在第二周期，故X为F元素，则Y、Z原子序数之和=40-9=31，平均原子序数为15.5，可以推断Y处于第三周期、Z处于第四周期，Z的原子序数大于18，若Y为Na元素，则Z为Ca元素，若Y为Mg元素，则Z为K元素，X的原子序数再增大，不符合题目中主族元素的要求，由于元素W与Y形成的化合物M的熔点最高，故Y为Mg元素，Z为K元素，化合物M为MgO．
（1）W为O元素，原子的L层电子排布式为 2s²2p⁴，O₃分子中中心氧原子价层电子对数=2+$\frac{6-2×2}{2}$=3、含有1对孤电子对，故O₃空间构型为V形，
故答案为：2s²2p⁴；V形；
（2）X单质为F₂，与水发生反应：2F₂+2H₂O=4HF+O₂，
故答案为：2F₂+2H₂O=4HF+O₂；
（3）化合物M为MgO，属于离子化合物，由于MgO晶体中离子的电荷多、离子半径小，故MgO晶格能大，故MgO熔点较高；
在碳酸二甲酯分子中-OCH₃，C原子4个单键，采取sp³杂化，在酯基中，C原子成2个C-O单键、1个C=O双键，双键按单键计算，故中心C原子的杂化轨道数为3，采取sp²杂化，为平面正三角形，键角为120°，故O-C-O的键角约为120°，
故答案为：MgO；MgO的晶格能大于NaCl的晶格能；sp²和sp³；120°；
（4）F、Mg、K形成立方晶体结构的化合物，晶胞中F占据所有棱的中心，晶胞中F原子数目为12×$\frac{1}{4}$=3，Mg位于顶角，晶胞中Mg原子数目为8×$\frac{1}{8}$=1，K处于体心位置，晶胞中含有1个K原子，则该晶体的组成为F：Mg：K=3：1：1，
故答案为：3：1：1；
（5）许多金属盐都可以发生焰色反应，其原因为：灼烧时电子从基态到激发态，激发态电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，以一定波长光的形式释放能量，从而出现不同的颜色，
故答案为：灼烧时电子从基态到激发态，激发态电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，以一定波长光的形式释放能量．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、分子结构与性质、晶体类型与性质、晶胞计算等，难度中等，推断元素是解题的关键，要充分利用原子序数的关系结合周期表的结构进行判断元素．