Question

14．现有前四周期T、X、Y、Z、W、M六种元素，已知W、Z、X、T、Y五种非金属元素原子半径依次减小，其中W原子的s电子总数等于p电子总数的2倍．M原子的M能层上有4个未成对电子．请完成下列问题：
（1）写出W、Z、X、T四种元素第一电离能由大到小的顺序（用元素符号表示）F＞N＞O＞C．
（2）M原子的基态电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²或[Ar]3d⁶4s²．
（3）根据VESPR理论，推断出由W与X两元素组成的最简单二价阴离子的空间构型为平面三角形，W原子的杂化类型为sp²杂化．
（4）Y与T、X、Z、W所形成的最简单化合物的沸点由高到低顺序为（用化学式表示）：H₂O＞HF＞NH₃＞CH₄．
（5）WX₂晶体的晶胞中最近的两微粒之间的距离（设晶胞棱长为a）是$\frac{\sqrt{2}}{2}$a．
（6）某蓝色晶体，其特征是M²⁺、M³⁺离子分别占据立方体互不相邻的顶点，而立方体的每条棱上均有一个WZ^-．第三周期与冷水可以反应的金属元素R的离子位于立方体的恰当位置上．
①根据特征可知该晶体的化学式（用最简整数表示）为：KFe₂（CN）₆．
②该立方体否（填“是”或“否”）属于该物质的晶胞，R的离子在晶体中的位置是Na⁺位于每间隔一个立方体的体心．

Answer 1

分析 W的s能级上电子总数等于p能级上电子总数的2倍，则电子排布式为：1s²2s²2p²，故W为C；W、Z、X、T、Y五种非金属元素原子半径依次减小，故Z为N、X为O、T为F、Y为H；M原子的M能层上有4个未成对电子，则电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，则M为Fe．
（1）同周期主族元素，从左到右元素的第一电离能呈增大趋势，但是氮原子的2p轨道上电子半充满，较稳定，第一电离能比氧的大；
（2）Fe原子核外电子数为26，根据能量最低原理书写核外电子排布式；
（3）W与X两元素组成的最简单二价阴离子为CO₃^2-，计算C原子孤电子对数、价层电子对数，确定空间构型与杂化方式；
（4）相对分子质量越大，分子间作用力越强，沸点越高，含有氢键增大沸点，结合物质的状态判断；
（5）CO₂晶体为面心六方密堆积，晶胞面对角线上的CO₂相邻；
（6）①第三周期与冷水可以反应的金属元素R为Na，根据均摊法计算立方体中Fe²⁺、Fe³⁺、CN^-数目，根据电中性确定Na⁺数目，进而确定化学式；
②一般情况下晶胞都是平行六面体，整块晶体可以看成是无数晶胞无隙并置而成的．

解答 解：W的s能级上电子总数等于p能级上电子总数的2倍，则电子排布式为：1s²2s²2p²，故W为C；W、Z、X、T、Y五种非金属元素原子半径依次减小，故Z为N、X为O、T为F、Y为H；M原子的M能层上有4个未成对电子，则电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，则M为Fe．
（1）同周期主族元素，从左到右元素的第一电离能呈增大趋势，但是氮原子的2p轨道上电子半充满，较稳定，第一电离能比氧的大，故第一电离能由大到小的顺序为：F＞N＞O＞C，
故答案为：F＞N＞O＞C；
（2）M为Fe元素，其原子序数为26，其基态原子核外电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²或[Ar]3d⁶4s²，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²或[Ar]3d⁶4s²；
（3）W为C、X为O元素，W与X两元素组成的最简单二价阴离子为CO₃^2-，CO₃^2-的中C原子价层电子对数=3+$\frac{4+2-2×3}{2}$=3，所以C原子采取sp²杂化，C原子没有最外层不存在未成键电子对，所以CO₃^2-的空间构型为平面三角形，
故答案为：平面三角形；sp²杂化；
（4）Y与T、X、Z、W所形成的最简单化合物分别为HF、H₂O、NH₃、CH₄，由于HF、H₂O、NH₃中存在氢键，所以CH₄的沸点最低；常温下水为气态，氟化氢和氨气为气态，则水的沸点最高，HF相对分子质量大于氨气，HF分子间作用力更强，HF的沸点大于氨气，所以四种气体的沸点大小为：H₂O＞HF＞NH₃＞CH₄，
故答案为：H₂O＞HF＞NH₃＞CH₄；
（5）CO₂晶体为面心六方密堆积，晶胞面对角线上的CO₂相邻，设晶胞棱长为a，最近的两微粒之间的距离是$\frac{\sqrt{2}}{2}$a，
故答案为：$\frac{\sqrt{2}}{2}$a；
（6）①第三周期与冷水可以反应的金属元素R为Na，立方体中Fe原子有8×$\frac{1}{8}$=1个，Fe²⁺、Fe³⁺离子各占一半，总电荷为+2.5，CN^-为12×$\frac{1}{2}$=3，所带电荷为-3，根据电中性知Na⁺应是0.5个，故化学式为：NaFe₂（CN）₆，
故答案为：NaFe₂（CN）₆；
②一般情况下晶胞都是平行六面体，整块晶体可以看成是无数晶胞无隙并置而成的，Fe²⁺、Fe³⁺离子分别占据立方体互不相邻的顶点，该立方体不是晶胞，每两个立方体内有一个Na⁺离子，则Na⁺位于每间隔一个立方体的体心，
故答案为：否；Na⁺位于每间隔一个立方体的体心．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、电离能、杂化方式与空间构型判断、沸点比较、晶胞结构及计算等，熟记中学常见晶胞结构，（6）中注意利用电荷守恒确定钠数目，钠离子位置确定为易错点，需要学生具备一定的空间现象．