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對成對電子；W原子核外電子占有9個軌道，而且有1個未成對電子；R為過渡金屬，R⁺核外有3個電子層且各層均處于全滿狀態(tài)．請回答下列問題：
（1）W基態(tài)原子的價電子排布圖為，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為（用元素符號表示）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，無色；為d¹～d⁹排布時，有顏色．據(jù)此判斷，[R（H₂O）₆]²⁺有（填“無”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（用元素符號表示）．若該晶體中距離最近的兩個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（寫出含a的表達(dá)式，不必化簡，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對成對電子，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個軌道，而且有1個未成對電子，原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²2p⁵，故W為Cl；R為過渡金屬，R⁺核外有3個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)原子的價電子排布式為3s²2p⁵，根據(jù)泡利原理、洪特規(guī)則畫出電子排布圖；根據(jù)核外電子排布規(guī)律書寫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，氮元素原子2p能級為半滿穩(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、價電子總數(shù)也相鄰的微粒互為等電子體；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，書寫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，無顏色，為d¹～d⁹排布時，有顏色”判斷；
（5）根據(jù)均攤法計算晶胞中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）利用均攤法計算晶胞中C、O原子數(shù)目確定化學(xué)式；
晶胞中體對角線上4個原子之間距離最近，則體對角線長度為4a pm，故晶胞棱長為$\frac{4a}{\sqrt{3}}$ 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對成對電子，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個軌道，而且有1個未成對電子，原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²2p⁵，故W為Cl；R為過渡金屬，R⁺核外有3個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)原子的價電子排布式為3s²2p⁵，則電子排布圖為，R為過渡金屬，R⁺核外有3個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，氮元素原子2p能級為半滿穩(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為：C＜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-，中心原子均沒有孤對電子，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，黑色球與白色球個數(shù)之比為2：1，氧元素為-2價，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，
晶胞中體對角線上4個原子之間距離最近，則體對角線長度為4a pm，故晶胞棱長為$\frac{4a}{\sqrt{3}}$ 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；$\frac{44×8}{（\frac{4a}{\sqrt{3}}×1{0}^{-10}）^{3}×{N}_{A}}$．

點評 本題是對物質(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、晶胞計算等，（6）中計算為易錯點、難點，故關(guān)鍵是距離確定最近的X原子計算晶胞棱長，需要學(xué)生具備一定的空間想象與數(shù)學(xué)計算能力．