Question

X、Y、Z、W四种元素原子序数依次增大且均小于36． Z基态原子最外层电子数是其内层电子总数的3倍，Y基态原子是同周期元素中未成对电子数最多的原子，X分别与Y、Z元素组合均可形成10电子微粒，W基态原子有10个价电子．回答下列问题（以下问题均以推知元素符号作答）：
（1）若 YX₃与X₂Z﹑YX₂^-与ZX^-﹑Y^3-与Z^2-性质相似，请写出Mg（YX₂）₂在一定条件下分解的化学反应方程式

 

（2）已知0℃时X₂Z的密度为a g/cm³，其晶胞中X₂Z分子的空间排列方式与金刚石晶胞类似，相似的原因是

 

．两个X₂Z分子间的最近距离为

 

pm（用a和N_A表示）．已知X₂Y的升华热是51kJ/mol，除氢键外，X₂Z分子间还存在范德华力（11kJ/mol），则X₂Z晶体中氢键的“键能”是

 

kJ/mol．
（3）WZ是一种功能材料，已被广泛用于电池电极、催化剂、半导体、玻璃染色剂等方面．工业上常以W（YZ₃）₂?6X₂Z和尿素[CO（NH₂）₂]为原料制备．
①W²⁺的基态核外电子排布式为

 

，其核外电子有

 

种运动状态．
②尿素分子中碳原子的杂化方式为

 

，1mol尿素分子中含有的σ键数为

 

．
③YZ₃^-的空间构型

 

．
④WZ晶体的结构与NaCl相同，但天然的和绝大部分人工制备的晶体都存在各种缺陷，例如在某种WZ晶体中就存在如图所示的缺陷：一个W²⁺空缺，另有两个W²⁺被两个W³⁺所取代．其结果晶体仍呈电中性，但化合物中W和Z的比值却发生了变化．经测定某样品中W³⁺与W²⁺的离子数之比为6：91．若该晶体的化学式为W_xZ，则x=

 

．

Answer 1

考点：晶胞的计算,原子核外电子排布,位置结构性质的相互关系应用

专题：元素周期律与元素周期表专题,化学键与晶体结构

分析：X、Y、Z、W四种元素原子序数依次增大且均小于36． Z基态原子最外层电子数是其内层电子总数的3倍，只能有2个电子层，最外层电子数为6，则Z为O元素；Y原子序数小于O元素，其基态原子是同周期元素中未成对电子数最多的原子，处于ⅤA族，故Y为N元素；X分别与N、O元素组合均可形成10电子微粒，则X为H元素；W基态原子有10个价电子，为过渡元素，外围电子排布式为3d⁸4s²，故W为Ni，据此解答．

解答： 解：X、Y、Z、W四种元素原子序数依次增大且均小于36． Z基态原子最外层电子数是其内层电子总数的3倍，只能有2个电子层，最外层电子数为6，则Z为O元素；Y原子序数小于O元素，其基态原子是同周期元素中未成对电子数最多的原子，处于ⅤA族，故Y为N元素；X分别与N、O元素组合均可形成10电子微粒，则X为H元素；W基态原子有10个价电子，为过渡元素，外围电子排布式为3d⁸4s²，故W为Ni，
（1）若 NH₃与H₂O﹑NH₂^-与OH^-﹑N^3-与O^2-性质相似，则Mg（NH₂）₂与氢氧化镁性质相似，一定条件下分解生成Mg₃N₂、NH₃，化学反应方程式为：3 Mg（NH₂）₂═Mg₃N₂+4NH₃↑，
故答案为：3 Mg（NH₂）₂═Mg₃N₂+4NH₃↑；
（2）已知0℃时H₂O的密度为a g/cm³，其晶胞中H₂O分子的空间排列方式与金刚石晶胞类似，相似的原因是：水中的O和金刚石中的C都是sp³杂化，且水分子间的氢键具有方向性，每个水分子可与相邻的4个水分子形成氢键；
晶胞中水分子位于顶点、面心上，晶胞内部还有4个水分子，故晶胞中水分子数目=4+8×

1

8

+6×

1

2

=8，则晶胞质量=

8×18

NA

g，晶胞棱长=

3	8×18 NA g ag/cm3

=

3	144 aNA

cm，内部1个水分子与1个顶点水分子以及该顶点所在3个面的面心中水分子构成正四面体，则正四面体的棱长=

2

×

3	144 aNA

cm×

1

2

=

2

2

×

3	144 aNA

cm，令正四面体体心水分子到顶点距离为y，即水分子分子之间的距离y，到底面的距离为b，正四面体可以分成相同的4个四面体（由体心水分子与3个顶点水分子构成），则

1

3

πS（y+b）=4×

1

3

×πSb，故y=3b，假设棱长

2

2

×

3	144 aNA

为n，底面中心到顶点距离=

3

2

n cm×

2

3

=

3

3

n cm，故（

3

3

n）²+（4b）²=n²，解得b=

6

12

n，故y=3b=3×

6

12

×

2

2

×

3	144 aNA

cm=

3

4

×

3	144 aNA

cm；
冰的升华热是51kJ/mol，水分子间还存在范德华力（11kJ/mol），1mol水中含有2mol氢键，升华热=范德华力+氢键，所以冰晶体中氢键的“键能”=

1

2

×（51kJ/mol-11kJ/mol）=20kJ/mol，
故答案为：水中的O和金刚石中的C都是sp³杂化，且水分子间的氢键具有方向性，每个水分子可与相邻的4个水分子形成氢键；

3

4

×

3	144 aNA

；20；
（3）①Ni是28号元素，根据原子核外电子排布规律可知，Ni²⁺的基态核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸，每个电子运动状态都不相同，核外电子有26种运动状态
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸；26；
②尿素分子的结构简式为，所以尿素分子中碳原子的杂化方式为sp²杂化，每个分子中含有7个σ键，所以1mol尿素中含有7molσ键，含有的σ键数为7×6.02×10²³，
故答案为：sp²；7×6.02×10²³；
③NO₃^-中N原子孤电子对=

5+1-2×3

2

=0、价层电子对数=0+3=3，其空间构型平面正三角形，
故答案为：平面正三角形；
④因为氧化镍样品中Ni³⁺与Ni²⁺的离子数之比为6：91，所以镍元素的平均价为

6×3+91×2

6+91

=

200

97

根据化合物化合价代数各为零，得

200

97

x=2，则x=0.97，
故答案为：0.97．

点评：本题是对物质结构的考查，涉及晶胞计算、核外电子排布、杂化轨道、微粒结构、氢键等知识点，侧重对晶胞计算的考查，需要学生具有一定的空间想象与数学运算能力，注意熟记中学常见晶体结构，难度较大．