Question

2．原子序数X＜Y＜Z，X、Y、Z三种元素的基态原子具有相同的能层和能级，且I₁（X）＜I₁（Z）＜I₁（Y），其中基态Y原子的2p轨道处于半充满状态，X和Y形成的某晶体W的晶胞如图1所示，已知其硬度超过了晶体硅，回答下列问题．

（1）X元素形成的化合物种类最多，且X元素能形成多种同素异形体，写出X形成的一种属于分子晶体的同素异形体的化学式C₆₀．
（2）Z元素与硅元素形成的化合物有晶体和非晶体两种，区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是对固体进行X-线折射实验．
（3）写出Y元素的名称氮元素．
（4）晶体W的晶体类型是原子晶体，其硬度超过晶体硅的原因是C-N键的键长小于Si-Si键，且键能前者大．
（5）在晶体W中X元素的杂化类型是sp³（提示：X只有一种杂化方式），Y元素的杂化类型是sp³（提示：Y只有一种杂化方式）．
（6）Y与Al可形成一种超耐高温、超抗冲击的晶体，其晶胞如图2所示，回答后面问题．
①该晶体的晶体类型可能是原子晶体．
②该晶体中包含的化学键类型有共价键．

Answer 1

分析 X、Y、Z三种元素的基态原子具有相同的能层和能级，应为同周期元素，且第一电离能：I₁（X）＜I₁（Z）＜I₁（Y），其中基态Y原子的2p轨道处于半充满状态，则Y是N元素，X的原子序数小于Y且其能层和能级相同，所以X是C元素，Z的原子序数大于Y，Z是O元素，
（1）C形成的同素异形体C₆₀属于分子晶体；
（2）区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是对固体进行X-线折射实验；
（3）由以上分析可知Y为氮元素；
（4）W由C、N两元素组成，为原子晶体，影响晶体的沸点高低的因素为共价键的键长；
（5）晶体中C原子与4个N原子成键，N原子与3个C原子成键，并用1个孤电子对，都为sp³杂化；
（6）①原子晶体具有超耐高温、超抗冲击性质；
②原子晶体中的化学键类型为共价键．

解答 解：X、Y、Z三种元素的基态原子具有相同的能层和能级，应为同周期元素，且第一电离能：I₁（X）＜I₁（Z）＜I₁（Y），其中基态Y原子的2p轨道处于半充满状态，则Y是N元素，X的原子序数小于Y且其能层和能级相同，所以X是C元素，Z的原子序数大于Y，Z是O元素，
（1）C形成的同素异形体由金刚石、石墨、C₆₀等，属于分子晶体的同素异形体为C₆₀，故答案为：C₆₀；
（2）区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是对固体进行X-线折射实验，故答案为：X-线折射；
（3）由以上分析可知Y为氮元素，故答案为：氮元素；
（4）W由C、N两元素组成，硬度超过金刚石，则W为原子晶体，由于C-N键的键长小于C-C键，键能大于C-C键，则硬度超过金刚石，
故答案为：原子晶体；C-N键的键长小于C-C键，键能大于C-C键；
（5）晶体中C原子与4个N原子成键，N原子与3个C原子成键，并用1个孤电子对，都为sp³杂化，故答案为：sp³；sp³；
（6）①N与Al可形成一种超耐高温、超抗冲击的晶体，具有原子晶体的性质，应为原子晶体，故答案为：原子晶体；
②原子晶体中的化学键类型为共价键，故答案为：共价键．

点评 本题考查了元素位置结构的关系，为高考常见题型，侧重于学生的分析能力的考查，正确推断元素是解本题关键，涉及晶体、化学键以及杂化类型的判断，难度中等．