Question

11．元素X、Y、Z、W、R為前四周期元素，且原子序數(shù)依次增大．已知：X原子核外s軌道電子數(shù)是p軌道電子數(shù)的2倍；Z原子L電子層上有2對(duì)成對(duì)電子；W原子核外電子占有9個(gè)軌道，而且有1個(gè)未成對(duì)電子；R為過(guò)渡金屬，R⁺核外有3個(gè)電子層且各層均處于全滿狀態(tài)．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）W基態(tài)原子的價(jià)電子排布圖為，R基態(tài)原子的外圍電子排布式為3d¹⁰4s¹．
（2）元素X、Y、Z的第一電離能由小到大的順序?yàn)椋ㄓ迷�素符�?hào)表示）C＜O＜N．
（3）由上述元素形成的與BF₃互為等電子體的陰離子的化學(xué)式為NO₃^-、CO₃^2-，其中心原子的雜化方式為sp²雜化．
（4）過(guò)渡金屬離子與水分子形成的配合物是否有顏色，與其d軌道電子排布有關(guān)．一般而言，為d⁰或d¹⁰排布時(shí)，無(wú)色；為d¹～d⁹排布時(shí)，有顏色．據(jù)此判斷，[R（H₂O）₆]²⁺有（填“無(wú)”或“有”）顏色．
（5）已知Z、R能形成兩種化合物，其晶胞如圖甲和乙所示，則甲的化學(xué)式為CuO，乙的化學(xué)式為；Cu₂O；高溫時(shí)甲易轉(zhuǎn)化為乙，原因是Cu₂O中Cu原子d軌道為全滿狀態(tài)，比較穩(wěn)定．

（6）在高溫高壓下，由X和Z兩種元素所形成的晶體其晶胞如圖丙所示，則該晶體的化學(xué)式為CO₂（用元素符號(hào)表示）．若該晶體中距離最近的兩個(gè)X原子核之間的距離為a pm，則該晶體的密度為$\frac{44×8}{（\frac{4a}{\sqrt{3}}×1{0}^{-10}）^{3}×{N}_{A}}$g/cm³（寫(xiě)出含a的表達(dá)式，不必化簡(jiǎn)，用N_A表示阿伏加德羅常數(shù)的值）．

Answer 1

分析 元素X、Y、Z、W、R為前四周期元素，且原子序數(shù)依次增大．X原子核外s軌道電子數(shù)是p軌道電子數(shù)的2倍，原子核外電子排布式為1s²2s²2p²，則X為C元素；Z原子L電子層上有2對(duì)成對(duì)電子，原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁴，則Z為O元素；Y的原子序數(shù)介于碳、氧之間，故Y為N元素；W原子核外電子占有9個(gè)軌道，而且有1個(gè)未成對(duì)電子，原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²2p⁵，故W為Cl；R為過(guò)渡金屬，R⁺核外有3個(gè)電子層且各層均處于全滿狀態(tài)，外圍電子排布式為3d¹⁰4s¹，則W為Cu．
（1）W基態(tài)原子的價(jià)電子排布式為3s²2p⁵，根據(jù)泡利原理、洪特規(guī)則畫(huà)出電子排布圖；根據(jù)核外電子排布規(guī)律書(shū)寫(xiě)R原子外圍電子排布式；
（2）同周期隨原子序數(shù)增大，元素第一電離能呈增大趨勢(shì)，氮元素原子2p能級(jí)為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，第一電離能高于同周期相鄰元素的；
（3）原子數(shù)目相等、價(jià)電子總數(shù)也相鄰的微�；�為等電子體；結(jié)合中心原子雜化軌道數(shù)目確定雜化方式；
（4）根據(jù)核外電子排布規(guī)律，書(shū)寫(xiě)Cu²⁺的核外電子排布式，據(jù)此結(jié)合題目信息“d軌道為d⁰或d¹⁰排布時(shí)，無(wú)顏色，為d¹～d⁹排布時(shí)，有顏色”判斷；
（5）根據(jù)均攤法計(jì)算晶胞中Cu、O原子數(shù)目確定化學(xué)式；根據(jù)洪特規(guī)則特例分析解答；
（6）利用均攤法計(jì)算晶胞中C、O原子數(shù)目確定化學(xué)式；
晶胞中體對(duì)角線上4個(gè)原子之間距離最近，則體對(duì)角線長(zhǎng)度為4a pm，故晶胞棱長(zhǎng)為$\frac{4a}{\sqrt{3}}$ pm，結(jié)合晶胞中原子數(shù)目表示出晶胞質(zhì)量，再根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算．

解答 解：元素X、Y、Z、W、R為前四周期元素，且原子序數(shù)依次增大．X原子核外s軌道電子數(shù)是p軌道電子數(shù)的2倍，原子核外電子排布式為1s²2s²2p²，則X為C元素；Z原子L電子層上有2對(duì)成對(duì)電子，原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁴，則Z為O元素；Y的原子序數(shù)介于碳、氧之間，故Y為N元素；W原子核外電子占有9個(gè)軌道，而且有1個(gè)未成對(duì)電子，原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²2p⁵，故W為Cl；R為過(guò)渡金屬，R⁺核外有3個(gè)電子層且各層均處于全滿狀態(tài)，外圍電子排布式為3d¹⁰4s¹，則W為Cu．
（1）W基態(tài)原子的價(jià)電子排布式為3s²2p⁵，則電子排布圖為，R為過(guò)渡金屬，R⁺核外有3個(gè)電子層且各層均處于全滿狀態(tài)，外圍電子排布式為3d¹⁰4s¹，
故答案為：；3d¹⁰4s¹；
（2）同周期隨原子序數(shù)增大，元素第一電離能呈增大趨勢(shì)，氮元素原子2p能級(jí)為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，第一電離能高于同周期相鄰元素的，故第一電離能由小到大的順序?yàn)椋篊＜O＜N，
故答案為：C＜O＜N；
（3）由上述元素形成的與BF₃互為等電子體的陰離子的化學(xué)式為 NO₃^-、CO₃^2-，中心原子均沒(méi)有孤對(duì)電子，其中心原子的雜化軌道數(shù)目為3，雜化方式為 sp²雜化，
故答案為：NO₃^-、CO₃^2-； sp²；
（4）Cu²⁺的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹，d能級(jí)未排滿電子，故[Cu（H₂O）₆]²⁺ 有顏色，故答案為：有；
（5）已知O、Cu能形成晶胞如圖所示的兩種化合物，甲中黑色球數(shù)目=4，白色球數(shù)目=6×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{8}$=4，Cu、O原子數(shù)目之比為1：1，則甲的化學(xué)式為CuO，乙中黑色球數(shù)目=4，白色球數(shù)目=1+8×$\frac{1}{8}$=2，黑色球與白色球個(gè)數(shù)之比為2：1，氧元素為-2價(jià)，則乙的化學(xué)式為Cu₂O，Cu₂O中Cu原子d軌道為全滿狀態(tài)，比較穩(wěn)定，故高溫時(shí)甲易轉(zhuǎn)化為乙，
故答案為：CuO；Cu₂O；Cu₂O中Cu原子d軌道為全滿狀態(tài)，比較穩(wěn)定．
（6）晶胞中C原子數(shù)目為4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，氧原子數(shù)目為8，故晶體的化學(xué)式為：CO₂，
晶胞中體對(duì)角線上4個(gè)原子之間距離最近，則體對(duì)角線長(zhǎng)度為4a pm，故晶胞棱長(zhǎng)為$\frac{4a}{\sqrt{3}}$ pm，晶胞質(zhì)量為4×$\frac{88}{{N}_{A}}$g，故晶體密度為4×$\frac{88}{{N}_{A}}$g÷（$\frac{4a}{\sqrt{3}}$×10^-10 cm）³=$\frac{44×8}{（\frac{4a}{\sqrt{3}}×1{0}^{-10}）^{3}×{N}_{A}}$g/cm³，
故答案為：CO₂；$\frac{44×8}{（\frac{4a}{\sqrt{3}}×1{0}^{-10}）^{3}×{N}_{A}}$．

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、電離能、等電子體、雜化方式、晶胞計(jì)算等，（6）中計(jì)算為易錯(cuò)點(diǎn)、難點(diǎn)，故關(guān)鍵是距離確定最近的X原子計(jì)算晶胞棱長(zhǎng)，需要學(xué)生具備一定的空間想象與數(shù)學(xué)計(jì)算能力．