Question

14．已知X、Y、Z、M、Q五種元素的原子序數(shù)依次遞增；X、Y、M三種元素組成的一種化合物A是新裝修居室中常含有的一種有害氣體．Q⁴⁺離子和氬原子的核外電子排布相同．
請回答下列問題：（答題時，X、Y、Z、M、Q用所對應(yīng)的元素符號表示）
（1）元素周期表中Z元素位于第二周期VA族，Q的基態(tài)原子的外圍電子排布式為3d²4s²．與YZM^-互為等電子體的分子的化學(xué)式為CO₂（寫1種即可）．
（2）下列敘述正確的是ad．（填字母）
a．A與X₂M間能形成氫鍵
b．A和YM₂分子中的中心原子均采用sp²雜化
c．ZX₃是含有極性鍵的非極性分子
d．YM₂晶體的熔點、沸點比二氧化硅晶體的低
（3）納米QM₂是一種應(yīng)用廣泛的催化劑，其催化的一個實例如下：

化合物甲的分子中采取sp²雜化的碳原子個數(shù)為7，化合物乙中采取sp³雜化的原子的第一電離能由大到小的順序為N＞O＞C．
（4）Z與Q形成的一種離子化合物晶體的晶胞如圖所示，則該晶體的化學(xué)式為TiC，若該晶體的密度為ρg•cm^-3，則晶胞中Z、Q之間的最短距離為$\frac{1}{2}$×$\root{3}{\frac{4m}{ρ{N}_{A}}}$cm．（N_A為阿伏加德羅常數(shù)的數(shù)值，M為該物質(zhì)的摩爾質(zhì)量，只列算式）．

Answer 1

分析 X、Y、Z、M、Q五種元素的原子序數(shù)依次遞增；X、Y、M三種元素組成的一種化合物A是新裝修居室中常含有的一種有害氣體，A為HCHO，可知X為H元素、Y為C元素、M為O元素；Z的原子序數(shù)介于碳、氧之間，則Z為N元素；Q⁴⁺離子和氬原子的核外電子排布相同，原子序數(shù)為22，Q為Ti元素．
（1）主族元素周期數(shù)=電子層數(shù)、主族族序數(shù)=最外層電子數(shù)；
Q為Ti，原子核外電子數(shù)為22，根據(jù)能量最低原理書寫外圍電子排布式；
原子總數(shù)相等、價電子總數(shù)也相等的微粒互為等電子體；
（2）a．甲醛中O原子與水分子中H原子之間可以形成氫鍵
b．HCHO中C原子雜化軌道數(shù)目為3，CO₂分子中C原子雜化軌道數(shù)目為2；
c．NH₃為三角錐形結(jié)構(gòu)，分子中正負(fù)電荷重心不重合；
d．CO₂晶體屬于分子晶體，二氧化硅晶體屬于原子晶體；
（3）化合物甲的分子中苯環(huán)及羰基中碳原子的雜化軌道數(shù)目為3；化合物乙中采取sp³雜化的原子有C、N、O，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2p能級為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素的；
（4）根據(jù)均攤法計算晶胞中C、Ti原子數(shù)目，確定化學(xué)式，晶胞中Z、Q之間的最短距離為晶胞棱長的$\frac{1}{2}$，表示出晶胞質(zhì)量，結(jié)合m=ρV計算晶胞棱長．

解答 解：X、Y、Z、M、Q五種元素的原子序數(shù)依次遞增；X、Y、M三種元素組成的一種化合物A是新裝修居室中常含有的一種有害氣體，A為HCHO，可知X為H元素、Y為C元素、M為O元素；Z的原子序數(shù)介于碳、氧之間，則Z為N元素；Q⁴⁺離子和氬原子的核外電子排布相同，原子序數(shù)為22，Q為Ti元素．
（1）Z為N元素，原子核外有2個電子層，最外層電子數(shù)為5，處于周期表中第二周期VA族，
Q為Ti，原子核外電子數(shù)為22，其電子基態(tài)電子排布為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²，則外圍電子排布為3d²4s²，
原子總數(shù)相等、價電子總數(shù)也相等的微粒互為等電子體，與CNO^-互為等電子體的分子的化學(xué)式為CO₂等，
故答案為：二；VA；3d²4s²；CO₂；
（2）a．甲醛中O原子與水分子中H原子之間可以形成氫鍵，故a正確；
b．HCHO中C原子雜化軌道數(shù)目為3，采用sp²雜化，CO₂分子中C原子雜化軌道數(shù)目為2，采用sp雜化，故b錯誤；
c．NH₃為三角錐形結(jié)構(gòu)，分子中正負(fù)電荷重心不重合，屬于極性分子，N原子與H原子之間形成極性鍵，故錯誤；
d．CO₂晶體屬于分子晶體，二氧化硅晶體屬于原子晶體，二氧化碳晶體熔點比二氧化硅的低，故d正確，
故選：ad；
（3）化合物甲的分子中苯環(huán)及羰基中碳原子的雜化軌道數(shù)目為3，采取sp²雜化的碳原子為7個；化合物乙中采取sp³雜化的原子有C、N、O，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2p能級為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素的，故第一電離能：N＞O＞C，
故答案為：7；N＞O＞C；
（4）晶胞中大黑色球數(shù)目為1+12×$\frac{1}{4}$=3、小黑色球數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，故該晶體的化學(xué)式為TiC，晶胞中Z、Q之間的最短距離為晶胞棱長的$\frac{1}{2}$，晶胞質(zhì)量為$\frac{4×M}{{N}_{A}}$g，該晶體的密度為ρg•cm^-3，則棱長=$\root{3}{\frac{4×\frac{M}{{N}_{A}}g}{ρg•c{m}^{-3}}}$=$\root{3}{\frac{4m}{ρ{N}_{A}}}$cm，則Z、Q之間的最短距離為$\frac{1}{2}$×$\root{3}{\frac{4m}{ρ{N}_{A}}}$，
故答案為：TiC；$\frac{1}{2}$×$\root{3}{\frac{4m}{ρ{N}_{A}}}$．

點評 本題考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，題目比較綜合，涉及電子排布式、電離能、雜化類型、分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、等電子體、晶體類型、晶胞計算等，注意同周期第一電離能易錯情況，掌握均攤法進行晶胞的有關(guān)計算，難度中等．