Question

9．主族元素W、X、Y、Z的原子序數(shù)依次增大，W原子最外層電子數(shù)是次外層的3倍，X，Y和Z分屬于不同的周期，它們的原子序數(shù)之和是W原子序數(shù)的5倍．在由元素W、X、Y、Z組成的所有二組分化合物中，由元素W、Y形成的化合物M的熔點(diǎn)最高．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）W原子L層電子排布式為2s²2p⁴  W₃空間構(gòu)形是V形
（2）X單質(zhì)與水反應(yīng)的主要化學(xué)方程式2F₂+2H₂O=4HF+O₂
（3）化合物M的化學(xué)式MgO 其晶體結(jié)構(gòu)與NaCl相同，而熔點(diǎn)高于NaCl．M熔點(diǎn)較高的原因是MgO晶格能比NaCl的大．將一定是的化合物ZX負(fù)載在M上可制得ZX/M催化劑，用于催化碳酸二甲酯與月桂酸醇酯交換合成碳酸二月桂酯．在碳酸二甲酯分子中，碳原子采用的雜化方式有sp²和sp³，O-C-O的鍵角約120°
（4）X、Y、Z可形成立方晶體的化合物，其晶胞中X占有棱的中心，Y位于頂角，Z位于體心位置，則該晶體的組成為X：Y：Z=3：1：1．
（5）含有元素Z的鹽的焰色反應(yīng)為紫色，許多金屬鹽都可以發(fā)生焰色反應(yīng)，其原因是灼燒時(shí)電子從基態(tài)到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)電子從能量較高的軌道躍遷到能量較低的軌道是，以一定波長(zhǎng)光的形式釋放能量
（6）ZnS在熒光體、光導(dǎo)體材料、涂料、顏料等行業(yè)中應(yīng)用廣泛．立方ZnS晶體結(jié)構(gòu)如圖所示，其晶胞邊長(zhǎng)為540.0pm，密度為$\frac{4×\frac{（65+32）g/mol}{6.02×1{0}^{23}mo{l}^{-1}}}{（540×1{0}^{-10}cm）^{3}}$=4.1 g•cm^-3（列式并計(jì)算），a位置S^2-離子與b位置Zn²⁺離子之間的距離為135$\sqrt{3}$pm．

Answer 1

分析 主族元素W、X、Y、Z的原子序數(shù)依次增大，W的原子最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)的3倍，W原子只能有2個(gè)電子層，最外層電子數(shù)為6，則W為O元素．X、Y和Z分屬不同的周期，它們的原子序數(shù)之和是W原子序數(shù)的5倍，即三元素原子序數(shù)之和為40，X若為第三周期元素，X、Y、Z的原子序數(shù)之和大于W原子序數(shù)的5倍，所以可以斷定X也在第二周期，故X為F元素，則Y、Z原子序數(shù)之和=40-9=31，平均原子序數(shù)為15.5，可以推斷Y處于第三周期、Z處于第四周期，Z的原子序數(shù)大于18，若Y為Na元素，則Z為Ca元素，若Y為Mg元素，則Z為K元素，X的原子序數(shù)再增大，不符合題意，由于元素W與Y形成的化合物M的熔點(diǎn)最高，故Y為Mg元素，Z為K元素，化合物M為MgO，據(jù)此解答．

解答 解：主族元素W、X、Y、Z的原子序數(shù)依次增大，W的原子最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)的3倍，W原子只能有2個(gè)電子層，最外層電子數(shù)為6，則W為O元素．X、Y和Z分屬不同的周期，它們的原子序數(shù)之和是W原子序數(shù)的5倍，即三元素原子序數(shù)之和為40，X若為第三周期元素，X、Y、Z的原子序數(shù)之和大于W原子序數(shù)的5倍，所以可以斷定X也在第二周期，故X為F元素，則Y、Z原子序數(shù)之和=40-9=31，平均原子序數(shù)為15.5，可以推斷Y處于第三周期、Z處于第四周期，Z的原子序數(shù)大于18，若Y為Na元素，則Z為Ca元素，若Y為Mg元素，則Z為K元素，X的原子序數(shù)再增大，不符合題目中主族元素的要求，由于元素W與Y形成的化合物M的熔點(diǎn)最高，故Y為Mg元素，Z為K元素，化合物M為MgO．
（1）W為O元素，原子的L層電子排布式為 2s²2p⁴，O₃分子中中心氧原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)=2+$\frac{6-2×2}{2}$=3、含有1對(duì)孤電子對(duì)，故O₃空間構(gòu)型為V形，故答案為：2s²2p⁴；V形；
（2）X單質(zhì)為F₂，與水發(fā)生反應(yīng)：2F₂+2H₂O=4HF+O₂，故答案為：2F₂+2H₂O=4HF+O₂；
（3）化合物M為MgO，屬于離子化合物，由于MgO晶體中離子的電荷多、離子半徑小，故MgO晶格能大，故MgO熔點(diǎn)較高；在碳酸二甲酯分子中-OCH₃，C原子4個(gè)單鍵，采取sp³雜化，在酯基中C原子成2個(gè)C-O單鍵、1個(gè)C=O雙鍵，雙鍵按單鍵計(jì)算，故中心C原子的雜化軌道數(shù)為3，采取sp²雜化，為平面正三角形，鍵角為120°，故O-C-O的鍵角約為120°，
故答案為：MgO；MgO晶格能比NaCl的大；sp²和sp³；120°；
（4）F、Mg、K形成立方晶體結(jié)構(gòu)的化合物，晶胞中F占據(jù)所有棱的中心，晶胞中F原子數(shù)目為12×$\frac{1}{4}$=3，Mg位于頂角，晶胞中Mg原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$=1，K處于體心位置，晶胞中含有1個(gè)K原子，則該晶體的組成為F：Mg：K=3：1：1，故答案為：3：1：1；
（5）含有元素K的鹽的焰色反應(yīng)為紫色，許多金屬鹽都可以發(fā)生焰色反應(yīng)，其原因?yàn)椋鹤茻龝r(shí)電子從基態(tài)到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)電子從能量較高的軌道躍遷到能量較低的軌道是，以一定波長(zhǎng)光的形式釋放能量，從而出現(xiàn)不同的顏色，故答案為：紫；灼燒時(shí)電子從基態(tài)到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)電子從能量較高的軌道躍遷到能量較低的軌道是，以一定波長(zhǎng)光的形式釋放能量；
（6）晶胞中含有白色球位于頂點(diǎn)和面心，共含有8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，黑色球位于體心，共4個(gè)，則晶胞中平均含有4個(gè)ZnS，質(zhì)量為4×（87÷6.02×10²³）g，晶胞的體積為（540.0×10^-10cm）³，則密度為$\frac{4×\frac{（65+32）g/mol}{6.02×1{0}^{23}mo{l}^{-1}}}{（540×1{0}^{-10}cm）^{3}}$=4.1g•cm^-3；
b位置黑色球與周圍4個(gè)白色球構(gòu)成正四面體結(jié)構(gòu)，a位置白色球與黑色球b的連線處于晶胞體對(duì)角線上，其距離為晶胞體對(duì)角線長(zhǎng)度的$\frac{1}{4}$，而體對(duì)角線長(zhǎng)度為晶胞棱長(zhǎng)的$\sqrt{3}$倍，故a位置S^2-離子與b位置Zn²⁺離子之間的距離為$\frac{1}{4}$×540$\sqrt{3}$pm=135$\sqrt{3}$pm，
故答案為：$\frac{4×\frac{（65+32）g/mol}{6.02×1{0}^{23}mo{l}^{-1}}}{（540×1{0}^{-10}cm）^{3}}$=4.1；135$\sqrt{3}$．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及核外電子排布、分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、晶體類型與性質(zhì)、晶胞計(jì)算等，要充分利用原子序數(shù)的關(guān)系結(jié)合周期表的結(jié)構(gòu)進(jìn)行判斷元素，本題中晶胞計(jì)算需要學(xué)生具備一定的空間想象與數(shù)學(xué)計(jì)算能力，難度較大．