Question

5．X、Y、Z、U、W是原子序数依次增大的前四周期元素．其中Y的原子核外有7种运动状态不同的电子；X、Z中未成对电子数均为2；U是第三周期元素形成的简单离子中半径最小的元素；W的内层电子全充满，最外层只有1个电子．请回答下列问题：
（1）X、Y、Z的第一电离能从大到小的顺序是N＞O＞C（用元素符号表示，下同）．
（2）写出W的价电子排布图．
（3）根据等电子体原理，可知化合物XZ的结构式是C≡O．
（4）X、Y、Z的最简单氢化物的键角从大到小的顺序是CH₄＞NH₃＞H₂O（用化学式表示），原因是3种氢化物的中心原子价层电子对数均为4，VSEPR模型均为正四面体形，但中心原子的孤电子对数依次增大，导致键角变小．
（5）由元素Y与U元素组成的化合物A，晶胞结构如图所示（黑球表示Y原子，白球表示U原子），请写出化合物A的化学式AlN，其中Y元素的杂化方式是sp³．
（6）U的晶体属立方晶系，其晶胞边长为405pm，密度是2.70g/cm³，通过计算确定其晶胞的类型面心立方最密堆积（填简单立方堆积、体心立方堆积或面心立方最密堆积）（已知：405³=6.64×l0⁷）．

Answer 1

分析 X、Y、Z、U、W是原子序数依次增大的前四周期元素．其中Y的原子核外有7种运动状态不同的电子，则Y为N元素；U是第三周期元素形成的简单离子中半径最小的元素，则U为Al；X、Z中未成对电子数均为2，X的原子序数小于N，而Z的原子序数介于N、Al之间，X、Z的核外电子排布分别为1s²2s²2p²，1s²2s²2p⁴，故X为C元素、Z为O元素；W的内层电子全充满，最外层只有1个电子，原子序数大于Al，只能处于第四周期，核外电子数为2+8+18+1=29，故W为Cu元素，据此解答．

解答 解：X、Y、Z、U、W是原子序数依次增大的前四周期元素．其中Y的原子核外有7种运动状态不同的电子，则Y为N元素；U是第三周期元素形成的简单离子中半径最小的元素，则U为Al；X、Z中未成对电子数均为2，X的原子序数小于N，而Z的原子序数介于N、Al之间，X、Z的核外电子排布分别为1s²2s²2p²，1s²2s²2p⁴，故X为C元素、Z为O元素；W的内层电子全充满，最外层只有1个电子，原子序数大于Al，只能处于第四周期，核外电子数为2+8+18+1=29，故W为Cu元素．
（1）同周期随原子序数增大，第一电离能呈增大趋势，但N元素2p能级为半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素，故第一电离能N＞O＞C，
故答案为：N＞O＞C；
（2）W为Cu元素，价电子排布式为3d¹⁰4s¹，价电子排布图为：，
故答案为：；
（3）根据等电子体原理，可知化合物CO与N₂互为等电子体，CO的结构式是C≡O，
故答案为：C≡O；
（4）X、Y、Z的最简单氢化物分别为CH₄、NH₃、H₂O，3种氢化物的中心原子价层电子对数均为4，VSEPR模型均为正四面体形，但中心原子的孤电子对数依次增大，导致键角变小，故键角：CH₄＞NH₃＞H₂O，
故答案为：CH₄＞NH₃＞H₂O；3种氢化物的中心原子价层电子对数均为4，VSEPR模型均为正四面体形，但中心原子的孤电子对数依次增大，导致键角变小；
（5）晶胞中N原子数目为4，Al原子数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，故该化合物化学式为AlN，Y原子形成4个共价键，故Y原子杂化方式为sp³，
故答案为：AlN；sp³；
（6）设晶胞中Al原子数目为N（Al），则N（Al）×$\frac{27}{6.02×1{0}^{23}}$g=（405×10^-10）³×2.70g/cm³，解得N（Al）=4.00，所以其晶胞的类型面心立方密堆积，
故答案为：面心立方最密堆积．

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、晶胞计算等，是对学生综合能力的考查，难度中等．