Question

13．X、Y、Z、W、R是原子序数依次增大的前四周期元素，这五种元素的相关信息如下：

元素	相关信息
X	其中一种核素在考古时常用来鉴定一些文物的年代
Y	原子核外电子有7种不同的运动状态
Z	地壳中含量最高的元素
W	价电子排布式为（n+1）sn（n+1）p（n+1）
R	基态原子最外能层只有一个电子，其他能层均已充满电子

（1）基态R原子的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹．
（2）Y₂分子中σ键和π键的数目比为1：2．
（3）X、Y、Z三种元素的第一电离能由小到大的顺序为C＜O＜N（用元素符合表示），元素Y的气态氢化物的沸点比元素X的气态氧化物沸点高的主要原因是氨气分子之间存在氢键．
（4）由元素Z、W组成的为了WZ₄^3-的空间构型是正四面体，其中W原子的杂化物到类型为sp³杂化．
（5）已知Z、R能形成一种化合物，其晶胞结构如图所示，该化合物的化学式为Cu₂O，若相邻的Z原子核R原子间的距离为a cm，设阿伏伽德罗常数的数值为N_A，则该晶体的密度为$\frac{27\sqrt{3}}{2{a}^{3}{N}_{A}}$（用含a、N_A的代数式表示）g•cm^-1．

Answer 1

分析 X、Y、Z、W、R是原子序数依次增大的前四周期元素，X的一种核素在考古时常用来鉴定一些文物的年代，则X为碳元素；Y原子核外电子有7种不同的运动状态，则Y为N元素；Z是地壳中含量最高的元素，则Z为O元素；W元素的价电子排布式为（n+1）sⁿ（n+1）p^（n+1），s能级容纳2个电子，则n=2，可推知W为P元素；R元素的基态原子最外能层只有一个电子，其它能层均已充满，则R原子外围电子排布为3d¹⁰4s¹，所以F为铜元素．
（1）根据核外电子排布规律书写；
（2）N₂分子结构式为N≡N，三键含有1个σ键、2个π键；
（3）同一周期元素自左而右第一电离能呈增大趋势，但N元素原子2p能级是半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素；氨气分子之间存在氢键，沸点高于甲烷的，
（4）由元素Z、W组成PO₄^3-，计算P原子孤电子对数、价层电子对数，确定空间构型及P原子的杂化方式；
（5）根据均摊法计算晶胞中Cu、O原子数目，进而确定化学式；
表示出晶胞质量，若相邻氧原子和铜原子间的距离为a cm，则晶胞的体对角线为4acm，所以边长为$\frac{4a}{\sqrt{3}}$cm，
再根据ρ=$\frac{m}{V}$计算．

解答 解：X、Y、Z、W、R是原子序数依次增大的前四周期元素，X的一种核素在考古时常用来鉴定一些文物的年代，则X为碳元素；Y原子核外电子有7种不同的运动状态，则Y为N元素；Z是地壳中含量最高的元素，则Z为O元素；W元素的价电子排布式为（n+1）sⁿ（n+1）p^（n+1），s能级容纳2个电子，则n=2，可推知W为P元素；R元素的基态原子最外能层只有一个电子，其它能层均已充满，则F原子外围电子排布为3d¹⁰4s¹，所以R为铜元素．
（1）R元素的基态原子最外能层只有一个电子，其它能层均已充满，基态R原子的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹；
（2）N₂分子结构式为N≡N，σ键和π键的数目比为1：2，故答案为：1：2；
（3）C、O、N元素都是第二周期非金属元素，同一周期元素自左而右第一电离能呈增大趋势，但N元素原子2p能级是半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素，故第一电离能：C＜O＜N；
氨气分子之间存在氢键，沸点高于甲烷的，
故答案为：C＜O＜N；氨气分子之间存在氢键；
（4）由元素Z、W组成的PO₄^3-中P原子孤电子对数为$\frac{5+3-2×4}{2}$=0，价层电子对数为4+0=4，故其空间构型是正四面体，其中P原子的杂化类型为sp³杂化，
故答案为：正四面体；sp³杂化；
（5）根据晶胞的结构图可知，晶胞中含有氧原子数为1+8×$\frac{1}{8}$=2，铜原子数为4，所以该化合物的化学式为Cu₂O，晶胞质量为（4×$\frac{64}{{N}_{A}}$+2×$\frac{16}{{N}_{A}}$）g，若相邻氧原子和铜原子间的距离为a cm，则晶胞的体对角线为4acm，所以边长为$\frac{4a}{\sqrt{3}}$cm，所以体积为（$\frac{4a}{\sqrt{3}}$）³cm³，该晶体的密度为（4×$\frac{64}{{N}_{A}}$+2×$\frac{16}{{N}_{A}}$）g÷（$\frac{4a}{\sqrt{3}}$）³cm³=$\frac{27\sqrt{3}}{2{a}^{3}{N}_{A}}$g/cm³，
故答案为：Cu₂O；$\frac{27\sqrt{3}}{2{a}^{3}{N}_{A}}$．

点评 本题是对物质结构的考查，涉及核外电子排布、电离能、杂化轨道、氢键度物质性质的影响、晶胞的计算等，中等难度，元素推断是解题的关键，需要学生具备扎实的基础，（3）中注意利用均摊法计算晶胞质量，关键是计算晶胞体积．