Question

17．X、Y、Z、Q、R、T分别代表原子序数依次增大的短周期元素．X、Y、Z同周期且相邻，都是蛋白质的组成元素；X、T同族，Q与R原子的最外层电子数之和与T原子的最外层电子数相等．U是d区元素，U²⁺的核外最高能级有2对成对电子，M为第四周期ds区元素，且有未成对电子．请回答下列问题：
（1）Q原子的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s¹．
（2）XZ₂的分子中σ键与π键数目之比为1：1，YZ₂^-离子的VSEPR模型名称是平面三角形．
（3）Q、R、T的单质形成的晶体中，熔点由高到低的顺序是Si＞Al＞Na（填化学式），既能与强酸反应，又能与强碱反应的物质晶体类型是金属晶体．
（4）通常情况下，U²⁺的溶液很稳定，它与YH₃形成的配位数为6的配离子却不稳定，在空气中易被氧化为[U（YH₃）₆]³⁺，该反应的离子方程式是4[Co（NH₃）₆]²⁺+O₂+2H₂O═4[Co（NH₃）₆]³⁺+4OH^-．
（5）已知高温下MZ→M₂Z+Z₂，从M原子价层电子结构变化角度来看，能生成M₂Z的原因是CuO中铜的价电子排布式为3d⁹，Cu₂O中Cu的价电子排布式为3d¹⁰，后者处于全满稳定状态，前者不是，故高温时能生成Cu₂O；．
（6）应用划痕法将棱锥形金刚钻针刻划所试矿物的表面而发生划痕，表示矿物硬度的一种标准称为莫氏硬度，用测得的划痕的深度分十级来表示硬度，金刚石硬度为10，XT的硬度为9.5，其晶胞结构与金刚石相似；其体心为T，其它为X，则在晶体中，每个X原子周围最近的X原子数目为12个；若晶胞的边长为apm，则XT的密度表达式为$\frac{4×40}{（a×1{0}^{-10}）^{3}×{N}_{A}}$g/cm³．

Answer 1

分析 X、Y、Z、Q、R、T分别代表原子序数依次增大的短周期元素．X、Y、Z同周期且相邻，都是蛋白质的组成元素，则X为C、Y为N、Z为O；X、T同族，则T为Si；Q与R原子的最外层电子数之和与T原子的最外层电子数相等，则Q、R原子最外层电子数之和为4，二者原子序数大于氧、小于Si，可推知Q为Na、R为Al；U是d区元素，U²⁺的核外最高能级有2对成对电子，原子外围电子排布为3d⁷4s²，故U为Co；M为第四周期ds区元素，且有未成对电子．则M为Cu．
（1）Q为Na，原子核外电子数为11，根据能量最低原理书写核外电子排布式；
（2）CO₂分子结构式为O=C=O，双键中含有1个σ键、1个π键；NO₂^-离子中N原子价层电子对数为2+$\frac{5+1-2×2}{2}$=3；
（3）Si单质为原子晶体，Al、Na单质为金属晶体，Si单质熔点最高，对于金属晶体，离子电荷越大、离子半径越小，金属键更强，熔点更高；既能与强酸反应，又能与强碱反应的是Al；
（4）通常情况下，Co²⁺的溶液很稳定，它与NH₃形成的配位数为6的配离子却不稳定，在空气中易被氧化为[Co（NH₃）₆]³⁺，结合电荷守恒、原子守恒配平
（5）Cu₂O中Cu的价电子排布式为3d¹⁰，处于全满稳定状态；
（6）表示矿物硬度的一种标准称为莫氏硬度；金刚石硬度为10，CSi的硬度为9.5，其晶胞结构与金刚石相似，属于原子晶体，其体心为Si，其它为碳，以顶点碳原子研究，与之最近的碳原子处于面心，每个顶点为8个晶胞共用，每个面心为2个晶胞共用；
结合晶胞中含有原子数目表示出晶胞质量，再根据ρ=$\frac{m}{V}$计算晶体密度．

解答 解：X、Y、Z、Q、R、T分别代表原子序数依次增大的短周期元素．X、Y、Z同周期且相邻，都是蛋白质的组成元素，则X为C、Y为N、Z为O；X、T同族，则T为Si；Q与R原子的最外层电子数之和与T原子的最外层电子数相等，则Q、R原子最外层电子数之和为4，二者原子序数大于氧、小于Si，可推知Q为Na、R为Al；U是d区元素，U²⁺的核外最高能级有2对成对电子，原子外围电子排布为3d⁷4s²，故U为Co；M为第四周期ds区元素，且有未成对电子．则M为Cu．
（1）Q为Na，原子的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s¹，故答案为：1s²2s²2p⁶3s¹；
（2）CO₂分子结构式为O=C=O，双键中含有1个σ键、1个π键，故分子中σ键与π键数目之比为1：1，NO₂^-离子中N原子价层电子对数为2+$\frac{5+1-2×2}{2}$=3，VSEPR模型为平面三角形，
故答案为：1：1；平面三角形；
（3）Si单质为原子晶体，Al、Na单质为金属晶体，Si单质熔点最高，由于铝离子半径小于钠离子半径，铝离子所带电荷更多，故金属铝中金属键更强，则Al的熔点高于钠的，故熔点由高到低的顺序是：Si＞Al＞Na，既能与强酸反应，又能与强碱反应的是Al，属于金属晶体，
故答案为：Si＞Al＞Na；金属晶体；
（4）通常情况下，Co²⁺的溶液很稳定，它与NH₃形成的配位数为6的配离子却不稳定，在空气中易被氧化为[Co（NH₃）₆]³⁺，该反应的离子方程式是：4[Co（NH₃）₆]²⁺+O₂+2H₂O═4[Co（NH₃）₆]³⁺+4OH^-，
故答案为：4[Co（NH₃）₆]²⁺+O₂+2H₂O═4[Co（NH₃）₆]³⁺+4OH^-；
（5）CuO中铜的价电子排布式为3d⁹，Cu₂O中Cu的价电子排布式为3d¹⁰，后者处于全满稳定状态，前者不是，故高温时能生成Cu₂O，
故答案为：CuO中铜的价电子排布式为3d⁹，Cu₂O中Cu的价电子排布式为3d¹⁰，后者处于全满稳定状态，前者不是，故高温时能生成Cu₂O；
（6）应用划痕法将棱锥形金刚钻针刻划所试矿物的表面而发生划痕，表示矿物硬度的一种标准称为莫氏硬度，金刚石硬度为10，CSi的硬度为9.5，其晶胞结构与金刚石相似，属于原子晶体；其体心为Si，其它为碳，以顶点碳原子研究，与之最近的碳原子处于面心，每个顶点为8个晶胞共用．每个面心为2个晶胞共用，故在晶体中每个X原子周围最近的X原子数目为$\frac{8×3}{2}$=12个；晶胞中含有4个Si原子、4个C原子，晶胞质量为4×$\frac{40}{{N}_{A}}$g，若晶胞的边长为apm，则XT的密度表达式为4×$\frac{40}{{N}_{A}}$g÷（a×10^-10  cm）³=$\frac{4×40}{（a×1{0}^{-10}）^{3}×{N}_{A}}$g/cm³，
故答案为：莫氏硬度；12；$\frac{4×40}{（a×1{0}^{-10}）^{3}×{N}_{A}}$．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、化学键、价层电子对互斥理论、晶体类型与性质、配合物、晶胞计算等，（6）中注意识记中学常见晶胞结构．