Question

6．原子序数小于36的X、Y、Z、W四种元素，其中X是半径最小的元素，Y原子基态时最外层电子数是其内层电子总数的2倍，Z原子基态时2p原子轨道上有3个未成对的电子，W原子4s原子轨道上有1个电子，M能层为全充满的饱和结构．回答下列问题：
（1）W基态原子的价电子排布式3d¹⁰4s¹ ；Y₂X₂分子中Y原子轨道的杂化类型为sp．
（2）化合物ZX₃的沸点比化合物YX₄的高，其主要原因是NH₃分子间存在氢键．
（3）元素Y的一种氧化物与元素Z的一种氧化物互为等电子体，元素Z的这种氧化物的分子式是N₂O．Y₆₀用做比金属及其合金更为有效的新型吸氢材料，其分子结构为球形32面体，它是由60个Y原子以20个六元环和12个五元环连接而成的具有30个Y=Y键的足球状空心对称分子．则该分子中σ键和π键的个数比3：1；36gY₆₀最多可以吸收标准状况下的氢气33.6L．
（4）元素W的一种氯化物晶体的晶胞结构如右图所示，该氯化物的化学式是CuCl，该晶体中W的配位数为4．它可与浓盐酸发生非氧化还原反应，生成配合物H_nWCl₃，反应的化学方程式为CuCl+2HCl═H₂CuCl₃．

Answer 1

分析 原子序数小于36的X、Y、Z、W四种元素，其中X是半径最小的元素，则X为H元素；Y原子基态时最外层电子数是其内层电子总数的2倍，最外层电子数不超过8，原子只能有2个电子层，最外层电子数为4，故Y为C元素；Z原子基态时2p原子轨道上有3个未成对电子，原子核外电子排布为1s²2s²2p⁶，则Z为N元素；W原子4s原子轨道上有1个电子，M能层为全充满的饱和结构，原子核外电子数为2+8+18+1=29，故W为Cu．
（1）W为Cu，处于的第四周期IB族；C₂H₂分子结构简式为H-C≡C-H；碳原子杂化轨道数目俄日2；
（2）NH₃分子之间形成氢键，沸点比化合物CH₄的高；
（3）原子数目相等、价电子总数也相等的微粒互为等电子体；
每个碳原子周围有一个碳碳双键和两个碳碳单键，均为两个碳原子共用，所以每个碳实际占有的碳碳双键数为0.5，而每个双键中有1个σ键、1个π键；
计算36g C₆₀的物质的量，结合分子含有30个C=C双键计算吸收氢气的体积；
（4）晶胞中黑色球数目为4，白色球数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，故Cu、Cl原子数目之比为1：1，可以确定化学式，Cu与Cl原子配位数相等；该氯化物与浓盐酸发生非氧化还原反应，生成配合物H_nCuCl₃，根据化合价代数和为0可知n=1，进而书写反应方程式．

解答 解：原子序数小于36的X、Y、Z、W四种元素，其中X是半径最小的元素，则X为H元素；Y原子基态时最外层电子数是其内层电子总数的2倍，最外层电子数不超过8，原子只能有2个电子层，最外层电子数为4，故Y为C元素；Z原子基态时2p原子轨道上有3个未成对电子，原子核外电子排布为1s²2s²2p⁶，则Z为N元素；W原子4s原子轨道上有1个电子，M能层为全充满的饱和结构，原子核外电子数为2+8+18+1=29，故W为Cu．
（1）W为Cu，原子核外电子数为29，处于的第四周期IB族，基态原子的价电子排布式为：3d¹⁰4s¹ ，C₂H₂分子结构简式为H-C≡C-H，C原子形成2个σ键，没有孤对电子，杂化轨道数目为2，碳原子采取sp杂化，
故答案为：3d¹⁰4s¹ ；sp；
（2）NH₃分子之间形成氢键，沸点比化合物CH₄的高，
故答案为：NH₃分子间存在氢键；
（3）元素碳的一种氧化物与元素氮的一种氧化物互为等电子体，为CO₂与N₂O，元素Z的这种氧化物的分子式是 N₂O，
C₆₀分子结构为球形32面体，它是由60个Y原子以20个六元环和12个五元环连接而成的具有30个C=C键的足球状空心对称分子，每个碳原子周围有一个碳碳双键和两个碳碳单键，均为两个碳原子共用，所以每个碳实际占有的碳碳双键数为0.5，而每个双键中有1个σ键、1个π键，故该分子中σ键和π键的个数比3：1，36g C₆₀的物质的量为$\frac{36g}{720g/mol}$=0.05mol，含有碳碳双键为0.05mol×30=1.5mol，最多可以吸收标准状况下的氢气为1.5mol×22.4L/mol=33.6L．
故答案为：N₂O；3：1；33.6；
（4）晶胞中黑色球数目为4，白色球数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，故Cu、Cl原子数目之比为1：1，则该氯化物的化学式是CuCl，黑色球配位数为4，则白色球配位数也是4，故该晶体中Cu的配位数为4，它可与浓盐酸发生非氧化还原反应，生成配合物H_nCuCl₃，根据化合价代数和为0可知n=1，反应的化学方程式为：CuCl+2HCl═H₂CuCl₃，
故答案为：CuCl；4；CuCl+2HCl═H₂CuCl₃．

点评 本题以元素推断为载体，综合考查物质结构与性质，涉及核外电子排布规律、杂化轨道、氢键、等电子体、晶胞结构与计算等，注意利用均摊法进行晶胞计算，需要学生具备扎实的基础与综合运用能力．