题目内容

4．前四周期元素X、Y、Z、W、R的原子序数依次增大，已知：X原子的2p轨道为半充满状态；Y原子的L层有2个未成对电子；Z与Y位于同主族；W的+2价简单离子核外电子层排布与氩原子相同；R原子的d轨道上有3个空轨道．请回答下列问题：
（1）X原子的电子排布图为，R基态原子的价层电子排布式为3d24s2．
（2）X、Y原子的第一电离能大小顺序为N＞O（用元素符号表示）．
（3）1mol X的常见单质分子结构中σ键数目为6.02×1023．
（4）Z的最高价氧化物对应水化物的酸根离子空间构型为正四面体，中心原子的杂化轨道类型为sp3．
（5）WY的晶体类型是离子晶体，Y的氢化物的沸点高于Z的氢化物的沸点，原因是水分子间存在氢键．
（6）某矿物晶体由Y、W、R三种元素组成，其晶胞结构如图所示．
则该矿物的化学式为CaTiO3，若已知该晶胞的边长为acm，则该晶胞的密度为$\frac{136}{{a}^{3}{N}_{A}}$g•cm-3．（用含a、NA的代数式表示）．

分析 前四周期元素X、Y、Z、W、R的原子序数依次增大，X原子的2p轨道为半充满状态，则X为N元素，Z与Y位于同主族，Y原子的L层有2个未成对电子，则Y为O元素，Z为S元素；W的+2价简单离子核外电子层排布与Ar原子相同，则W为Ca元素，R原子的d轨道上有3个空轨道，外围电子排布为3d24s2，则R为Ti．
（1）根据原子排布构造原理书写排布式，结合泡利原理、洪特规则画出电子排布图；
（2）同周期元素第一电离能自左向右逐渐增大，但是N原子的2P轨道半充满，属于稳定结构，第一电离能大于O原子的；
（3）氮气分子中N原子之间形成N≡N三键，三键含有1个σ键，2个π键；
（4）Z为S元素，最高价氧化物对应水化物的酸根离子为SO42-，计算S原子价层电子对数、孤电子对数，判断杂化方式和空间构型；
（5）CaO为离子晶体；水分子间存在氢键，沸点高于硫化氢的；
（6）利用均摊法计算化学式，表示出晶胞质量，再根据密度公式计算密度．

解答 解：前四周期元素X、Y、Z、W、R的原子序数依次增大，X原子的2p轨道为半充满状态，则X为N元素，Z与Y位于同主族，Y原子的L层有2个未成对电子，则Y为O元素，Z为S元素；W的+2价简单离子核外电子层排布与Ar原子相同，则W为Ca元素，R原子的d轨道上有3个空轨道，外围电子排布为3d24s2，则R为Ti．
（1）氮原子的电子排布图为；钛原子的价层电子排布式为3d24s2，
故答案为：；3d24s2；
（2）X、Y分别为N和O，由于N原子2P轨道半充满，第一电离能大于O的，即原子的第一电离能大小顺序为N＞O，
故答案为：N＞O；
（3）X为N元素，常见单质分子中N原子之间形成N≡N三键，三键含有1个σ键，2个π键，1mol氮气含有6.02×1023个σ键，
故答案为：6.02×1023；
（4）Z为S元素，最高价氧化物对应水化物的酸根离子为SO42-，中心原子S电子对数为4+$\frac{6+2-2×4}{2}$=4，孤电子对数为0，SO42-的空间构型为正四面体，S原子杂化数目为4，其杂化类型为sp3，
故答案为：正四面体；sp3；
（5）CaO为离子晶体，H2O的沸点高于H2S的沸点，原因是水分子间存在氢键，
故答案为：离子晶体；水分子间存在氢键；
（6）Y、W、R三种元素分别为O、Ca、Ti，O位于面心，O原子数目为6×$\frac{1}{2}$=3，Ca位于体心，Ca原子数目为1，Ti位于顶点，Ti原子数目为8×$\frac{1}{8}$=1，故化学式为CaTiO3，晶胞质量为$\frac{40+48+16×3}{{N}_{A}}$g，该晶胞的边长为a cm，则该晶胞的密度ρ=$\frac{40+48+16×3}{{N}_{A}}$g÷（a cm）3=$\frac{136}{{a}^{3}{N}_{A}}$g/cm3，
故答案为：CaTiO3；$\frac{136}{{a}^{3}{N}_{A}}$．

点评 本题是对物质结构的考查，涉及核外电子排布、电离能、杂化方式、空间构型、化学键、晶胞计算等，需要学生具备扎实的基础，难度中等．

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