Question

3．前四周期元素X、Y、Z、Q、R、W的原子序数依次增大．X基态原子的2p轨道为半充满状态；Y基态原子的L层有2个未成对电子；Z基态原子的最外层电子排布为3s²3p²；Q、R、W都属于金属元素，Q、W基态原子核外均没有未成对电子，R基态原子的d轨道上有3个空轨道．
请回答下列问题：
（1）R基态原子的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s．上述六种元素中，属于ds区的元素符号是Zn；
（2）含有16个中子的Z的核素符号为³⁰₁₄Si．X、Y、Z元素原子中第一电离能由高到低的顺序是N＞O＞Si．
（3）XY₃^-的离子空间构型为平面三角形，与该离子互为等电子体的一种分子是SO₃．
（4）X、Y分别与氢元素形成的最简单氢化物分子中，后者的键角小于前者的原因是NH₃、H₂O的中心原子杂化方式相同，由于氨分子存在一对孤电子对，水分子存在两对孤电子对，水分子中孤电子对对成键电子排斥力更强，所以水分子的键角比氨分子的键角小．
（5）Y、Q、R三种元素形成的某种化合物的如图所示，该化合物的化学式为CaTiO₃．若Y与最近的R的距离为a cm，阿伏加德常数的值为N_A，则计算此晶体的密度表达式为$\frac{136}{（\sqrt{2}a）^{3}×{N}_{A}}$g/cm³（不必化简）．

Answer 1

分析 前四周期元素X、Y、Z、Q、R、W的原子序数依次增大．X基态原子的2p轨道为半充满状态，原子核外电子排布式为1s²2s²2p³，故X为N元素；Y基态原子的L层有2个未成对电子，原子序数大于N，则Y原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁴，故Y为O元素；Z基态原子的最外层电子排布为3s²3p²，则Z为Si；Q、R、W都属于金属元素，只能处于第四周期，其中R基态原子的d轨道上有3个空轨道，其原子外围电子排布式为3d²4s²，则R为Ti，Q、W基态原子核外均没有未成对电子，Q原子序数小于Ti，则Q为Ca，W外围电子排布式为3d¹⁰4s²，则W为Zn，据此解答．

解答 解：前四周期元素X、Y、Z、Q、R、W的原子序数依次增大．X基态原子的2p轨道为半充满状态，原子核外电子排布式为1s²2s²2p³，故X为N元素；Y基态原子的L层有2个未成对电子，原子序数大于N，则Y原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁴，故Y为O元素；Z基态原子的最外层电子排布为3s²3p²，则Z为Si；Q、R、W都属于金属元素，只能处于第四周期，其中R基态原子的d轨道上有3个空轨道，其原子外围电子排布式为3d²4s²，则R为Ti，Q、W基态原子核外均没有未成对电子，Q原子序数小于Ti，则Q为Ca，W外围电子排布式为3d¹⁰4s²，则W为Zn．
（1）R基态原子的d轨道上有3个空轨道，基态原子的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s，上述六种元素中，属于ds区的元素符号是Zn，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s；Zn；
（2）含有16个中子的Si的核素符号为³⁰₁₄Si，同周期随原子序数增大第一电离能呈增大趋势，同主族自上而下第一电离能减小，氮元素原子2p能级为半满稳定状态，第一电离能高于氧元素的，故第一电离能：N＞O＞Si，
故答案为：³⁰₁₄Si；N＞O＞Si；
（3）NO₃^-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，故离子空间构型为平面三角形，与该离子互为等电子体的一种分子是SO₃等，
故答案为：平面三角形；SO₃等；
（4）X、Y分别与氢元素形成的最简单氢化物分别为NH₃、H₂O，NH₃、H₂O的中心原子杂化方式相同，由于氨分子存在一对孤电子对，水分子存在两对孤电子对，水分子中孤电子对对成键电子排斥力更强，所以水分子的键角比氨分子的键角小，
故答案为：NH₃、H₂O的中心原子杂化方式相同，由于氨分子存在一对孤电子对，水分子存在两对孤电子对，水分子中孤电子对对成键电子排斥力更强，所以水分子的键角比氨分子的键角小；
（5）晶胞中Ti原子位于顶点，Ti数目为8×$\frac{1}{8}$=1，O原子为位于面心，O原子数目为6×$\frac{1}{2}$=3，Ca原子为体心，Ca数目为1，故该化合物的化学式为CaTiO₃，晶胞质量为$\frac{136}{{N}_{A}}$g，Y与最近的R的距离为a cm，则晶胞边长为2a cm×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=$\sqrt{2}$a cm，晶体的密度为$\frac{136}{{N}_{A}}$g÷（$\sqrt{2}$a cm）³=$\frac{136}{（\sqrt{2}a）^{3}×{N}_{A}}$g/cm³，
故答案为：CaTiO₃；$\frac{136}{（\sqrt{2}a）^{3}×{N}_{A}}$．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、元素周期表、电离能、空间构型、等电子体、价层电子对互斥理论、晶胞计算等，推断元素是解题关键，注意利用均摊法进行晶胞有关计算，难度中等．