Question

20．前四周期元素X、Y、Z、W、R、Q的原子序数依次增大，X的核外电子总数与其周期数相同；Y有三个能级，且每个能级上的电子数相等；Z原子单电子数在同周期元素中最多；W与Z同周期，第一电离能比Z的低；R与Y同一主族，Q的最外层电子数为2，其他电子层电子均处于饱和状态．请回答下列问题：
（1）R核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p²．
（2）X、Y、Z、W形成的有机物YW（ZX₂）₂中Y、Z的杂化轨道类型分别为sp²、sp³，ZW₃^-离子的立体构型是平面三角形．
（3）Q的氯化物与ZX₃的溶液反应配合物[Q（ZX₃）₄]Cl₂，1mol该配合物中含有σ键的数目为16N_A．
（4）Y、R的最高价氧化物的沸点较高的是SiO₂（填化学式），原因是SiO₂为原子晶体，CO₂为分子晶体．
（5）W和Na的一种离子化合物的晶胞结构如图，该离子化合物为Na₂O（填化学式），Na⁺的配位数为8，距一个阴离子周围最近的所有阳离子为顶点构成的几何体为立方体．已知该晶胞的密度为ρg/cm³，阿伏加德罗常数为N_A，则两个最近的W离子间距离为$\frac{\sqrt{2}}{2}$$\root{3}{\frac{248}{ρ{N}_{A}}}$×10^-2m（用含ρ、N_A的计算式表示）．

Answer 1

分析 前四周期元素X、Y、Z、W、R、Q的原子序数依次增大．X的核外电子总数与其周期数相同，则X为H元素；Y有三个能级，且每个能级上的电子数相等，核外电子排布为1s²2s²2p²，故Y为C元素；Q的最外层电子数为2，其他电子层电子均处于饱和状态，只能是第四周期的过渡元素，核外电子排布为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²，则Q为Zn元素；R与Y同一主族，结合原子序数可知，R为Si，而Z原子单电子数在同周期元素中最多，则外围电子排布为ns²np³，原子序数小于Si，故Z为N元素；W与Z同周期，第一电离能比Z的低，则W为O元素，据此解答．

解答 解：前四周期元素X、Y、Z、W、R、Q的原子序数依次增大．X的核外电子总数与其周期数相同，则X为H元素；Y有三个能级，且每个能级上的电子数相等，核外电子排布为1s²2s²2p²，故Y为C元素；Q的最外层电子数为2，其他电子层电子均处于饱和状态，只能是第四周期的过渡元素，核外电子排布为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²，则Q为Zn元素；R与Y同一主族，结合原子序数可知，R为Si，而Z原子单电子数在同周期元素中最多，则外围电子排布为ns²np³，原子序数小于Si，故Z为N元素；W与Z同周期，第一电离能比Z的低，则W为O元素．
（1）R为Si，核外电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p²，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p²；
（2）X、Y、Z、W形成的有机物CO（NH₂）₂中碳原子杂化轨道数目为3，采取sp²杂化，N原子杂化轨道数目为3=1=4，N原子采取sp³杂化，NO₃^-离子中N原子孤电子对数=$\frac{5+1-2×3}{2}$=0，价层电子对数=3+0=3，故其立体构型是平面三角形，
故答案为：sp²、sp³；平面三角形；
（3）配合物[Zn（NH₃）₄]Cl₂中锌离子与氨气分子之间形成4个配位键，每个氨气分子中形成3个N-H键，
故1mol该配合物中含有16molσ键，即σ键的数目为16N_A，
故答案为：16N_A；
（4）Y、R的最高价氧化物分别为二氧化碳、二氧化硅，SiO₂为原子晶体，CO₂为分子晶体，故沸点较高的是 SiO₂，
故答案为：SiO₂； SiO₂为原子晶体，CO₂为分子晶体；
（5）Na⁺处于晶胞内部，晶胞中Na⁺离子数目为8，O^2-处于晶胞顶点与面心，晶胞中O^2-离子数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，该离子化合物为Na₂O，
由图可知，每个Na⁺离子周围有4个O^2-离子，Na⁺离子配位数为4，距一个阴离子周围最近的所有阳离子有8个，8个钠离子构成的几何体为：立方体，
面心O^2-离子与顶点O^2-离子距离最近，晶胞质量为$\frac{4×62}{{N}_{A}}$g，该晶胞的密度为ρg•cm^-3，而晶胞体积为$\frac{4×62}{{N}_{A}}$g÷ρg•cm^-3=$\frac{248}{ρ{N}_{A}}$cm³，晶胞棱长为$\root{3}{\frac{248}{ρ{N}_{A}}}$cm，则两个最近的W离子间距离为$\root{3}{\frac{248}{ρ{N}_{A}}}$cm×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=$\frac{\sqrt{2}}{2}$$\root{3}{\frac{248}{ρ{N}_{A}}}$cm=$\frac{\sqrt{2}}{2}$$\root{3}{\frac{248}{ρ{N}_{A}}}$×10^-2m，
故答案为：Na₂O；4；立方体；$\frac{\sqrt{2}}{2}$$\root{3}{\frac{248}{ρ{N}_{A}}}$×10^-2．

点评 本题是对物质结构的考查，涉及核外电子排布、杂化轨道与空间构型、晶体类型与性质、化学键、晶胞结构与计算等，需要学生具备扎实的基础，难度中等．