Question

4．前四周期元素X、Y、Z、W、R的原子序數(shù)依次增大，已知：X原子的2p軌道為半充滿狀態(tài)；Y原子的L層有2個未成對電子；Z與Y位于同主族；W的+2價簡單離子核外電子層排布與氬原子相同；R原子的d軌道上有3個空軌道．請回答下列問題：
（1）X原子的電子排布圖為，R基態(tài)原子的價層電子排布式為3d²4s²．
（2）X、Y原子的第一電離能大小順序為N＞O（用元素符號表示）．
（3）1mol X的常見單質(zhì)分子結(jié)構(gòu)中σ鍵數(shù)目為6.02×10²³．
（4）Z的最高價氧化物對應水化物的酸根離子空間構(gòu)型為正四面體，中心原子的雜化軌道類型為sp³．
（5）WY的晶體類型是離子晶體，Y的氫化物的沸點高于Z的氫化物的沸點，原因是水分子間存在氫鍵．
（6）某礦物晶體由Y、W、R三種元素組成，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示．
則該礦物的化學式為CaTiO₃，若已知該晶胞的邊長為acm，則該晶胞的密度為$\frac{136}{{a}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3．（用含a、NA的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 前四周期元素X、Y、Z、W、R的原子序數(shù)依次增大，X原子的2p軌道為半充滿狀態(tài)，則X為N元素，Z與Y位于同主族，Y原子的L層有2個未成對電子，則Y為O元素，Z為S元素；W的+2價簡單離子核外電子層排布與Ar原子相同，則W為Ca元素，R原子的d軌道上有3個空軌道，外圍電子排布為3d²4s²，則R為Ti．
（1）根據(jù)原子排布構(gòu)造原理書寫排布式，結(jié)合泡利原理、洪特規(guī)則畫出電子排布圖；
（2）同周期元素第一電離能自左向右逐漸增大，但是N原子的2P軌道半充滿，屬于穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，第一電離能大于O原子的；
（3）氮氣分子中N原子之間形成N≡N三鍵，三鍵含有1個σ鍵，2個π鍵；
（4）Z為S元素，最高價氧化物對應水化物的酸根離子為SO₄^2-，計算S原子價層電子對數(shù)、孤電子對數(shù)，判斷雜化方式和空間構(gòu)型；
（5）CaO為離子晶體；水分子間存在氫鍵，沸點高于硫化氫的；
（6）利用均攤法計算化學式，表示出晶胞質(zhì)量，再根據(jù)密度公式計算密度．

解答 解：前四周期元素X、Y、Z、W、R的原子序數(shù)依次增大，X原子的2p軌道為半充滿狀態(tài)，則X為N元素，Z與Y位于同主族，Y原子的L層有2個未成對電子，則Y為O元素，Z為S元素；W的+2價簡單離子核外電子層排布與Ar原子相同，則W為Ca元素，R原子的d軌道上有3個空軌道，外圍電子排布為3d²4s²，則R為Ti．
（1）氮原子的電子排布圖為；鈦原子的價層電子排布式為3d²4s²，
故答案為：；3d²4s²；
（2）X、Y分別為N和O，由于N原子2P軌道半充滿，第一電離能大于O的，即原子的第一電離能大小順序為N＞O，
故答案為：N＞O；
（3）X為N元素，常見單質(zhì)分子中N原子之間形成N≡N三鍵，三鍵含有1個σ鍵，2個π鍵，1mol氮氣含有6.02×10²³個σ鍵，
故答案為：6.02×10²³；
（4）Z為S元素，最高價氧化物對應水化物的酸根離子為SO₄^2-，中心原子S電子對數(shù)為4+$\frac{6+2-2×4}{2}$=4，孤電子對數(shù)為0，SO₄^2-的空間構(gòu)型為正四面體，S原子雜化數(shù)目為4，其雜化類型為sp³，
故答案為：正四面體；sp³；
（5）CaO為離子晶體，H₂O的沸點高于H₂S的沸點，原因是水分子間存在氫鍵，
故答案為：離子晶體；水分子間存在氫鍵；
（6）Y、W、R三種元素分別為O、Ca、Ti，O位于面心，O原子數(shù)目為6×$\frac{1}{2}$=3，Ca位于體心，Ca原子數(shù)目為1，Ti位于頂點，Ti原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$=1，故化學式為CaTiO₃，晶胞質(zhì)量為$\frac{40+48+16×3}{{N}_{A}}$g，該晶胞的邊長為a cm，則該晶胞的密度ρ=$\frac{40+48+16×3}{{N}_{A}}$g÷（a cm）³=$\frac{136}{{a}^{3}{N}_{A}}$g/cm³，
故答案為：CaTiO₃；$\frac{136}{{a}^{3}{N}_{A}}$．

點評 本題是對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的考查，涉及核外電子排布、電離能、雜化方式、空間構(gòu)型、化學鍵、晶胞計算等，需要學生具備扎實的基礎，難度中等．