Question

17．已知X、Y、Z、R、Q為周期表中原子序數(shù)依次增大的前36號元素．相關(guān)信息如下：

X元素是宇宙中最豐富的元素

Y元素基態(tài)原子的核外p電子數(shù)比s電子數(shù)少1

Z元素被譽為“太空金屬”，也有“生物金屬”之稱，其基態(tài)原子次外層有2個未成對電子

R元素在元素周期表的第十一列

Q元素在周期表里與R元素在同一個分區(qū)

請回答下列問題：
（1）YX₃中心原子的雜化軌道類型是sp³，離子化合物YX₅的電子式是．
（2）CO與Y₂屬于等電子體，1 個CO分子中含有的π鍵數(shù)目是2個．
（3）工業(yè)上利用ZO₂和碳酸鋇在熔融狀態(tài)下制取化合物A（A可看做一種含氧酸鹽）．A晶體的晶胞為正方體（如圖1）．
①制備A的化學(xué)反應(yīng)方程式是TiO₂+BaCO₃═BaTiO₃+CO₂↑；
②在A晶體中，Z的配位數(shù)為6；
③在A晶體中，若將Z元素置于立方體的體心，Ba元素置于立方體的頂點，則O元素處于立方體的面心．
（4）R²⁺離子的外圍電子層電子排布式為3d⁹．R₂O的熔點比R₂S的高（填“高”或“低”）．
（5）Q元素和硫（S）元素能夠形成化合物B．B晶體的晶胞為正方體（如圖2），若晶胞棱長為540.0pm，則晶胞密度為$\frac{4×\frac{（65+32）g/mol}{6.02×1{0}^{23}mo{l}^{-1}}}{（540×1{0}^{-10}cm）^{3}}$=4.1g•cm^-3（列式并計算）．

Answer 1

分析 已知X、Y、Z、R、Q為周期表中原子序數(shù)依次增大的前36號元素，X元素是宇宙中最豐富的元素，則X為H元素；Y元素原子的核外p軌道電子數(shù)比s軌道電子數(shù)少1，原子核外電子排布為1s²2s²2p³，則Y為N元素；Z元素被譽為“太空金屬”，也有“生物金屬”之稱，其基態(tài)原子次外層有2個未成對電子，則Z為Ti元素；R元素在元素周期表的第十一列，屬于第IB族，在第四周期，所以R為Cu；Q元素在周期表里與R元素在同一個分區(qū)，則Q為Zn元素．
（1）NH₃中N原子形成3個鍵，含有1對孤電子對，雜化軌道數(shù)目為4；NH₅屬于離子化合物，由銨根離子與氫負離子構(gòu)成，所有原子的最外層都符合相應(yīng)稀有氣體原子的最外層電子結(jié)構(gòu)；
（2）CO與N₂屬于等電子體，二者結(jié)構(gòu)相似，故CO的結(jié)構(gòu)式為C≡O(shè)；
（3）①根據(jù)均攤法，可知晶胞中Ba原子數(shù)目為1，O原子數(shù)目為3、Ti原子數(shù)目為1，故A為BaTiO₃，反應(yīng)還②頂點Z原子與棱中心的氧原子相鄰；
③在A晶體中，若將Z⁴⁺置于立方體的體心，Ba²⁺置于立方體的頂點，則O^2-處于立方體的面心；
（4）R為Cu，其原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，失去4s、3d能級個1個電子形成Cu²⁺；離子電荷相同，離子晶體中離子半徑越小，晶體的熔點越高；
（5）根據(jù)均攤法計算晶胞中Zn、S原子數(shù)目，結(jié)合阿伏伽德羅常數(shù)表示出晶胞質(zhì)量，再根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計算．

解答 解：已知X、Y、Z、R、Q為周期表中原子序數(shù)依次增大的前36號元素，X元素是宇宙中最豐富的元素，則X為H元素；Y元素原子的核外p軌道電子數(shù)比s軌道電子數(shù)少1，原子核外電子排布為1s²2s²2p³，則Y為N元素；Z元素被譽為“太空金屬”，也有“生物金屬”之稱，其基態(tài)原子次外層有2個未成對電子，則Z為Ti元素；R元素在元素周期表的第十一列，屬于第IB族，在第四周期，所以R為Cu；Q元素在周期表里與R元素在同一個分區(qū)，則Q為Zn元素．

（1）NH₃中N原子形成3個鍵，含有1對孤電子對，雜化軌道數(shù)目為4，N原子雜化類型為sp³，NH₅屬于離子化合物，由銨根離子與氫負離子構(gòu)成，電子式為；
故答案為：sp³；；
（2）CO與N₂互為等電子體，二者結(jié)構(gòu)相似，所以CO分子結(jié)構(gòu)式為C≡O(shè)，則1 個CO分子中含有的π鍵數(shù)目是2，
故答案為：2；
（3）①可知晶胞中Ba原子數(shù)目為1，O原子數(shù)目為12×$\frac{1}{4}$=3、Ti原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$=，故A為BaTiO₃，反應(yīng)還生成二氧化碳，反應(yīng)方程式為：TiO₂+BaCO₃═BaTiO₃+CO₂↑，
故答案為：TiO₂+BaCO₃═BaTiO₃+CO₂↑；
②由BaTiO₃晶胞可知，每個Ti⁴⁺周圍有6個O^2-，所以Ti⁴⁺的氧配位數(shù)為為6，
故答案為：6；
③在BaTiO₃晶體中，若將Ti⁴⁺置于立方體的體心，Ba²⁺置于立方體的頂點，則O^2-只能處于立方體的面心，
故答案為：面心；
（4）R為Cu，其原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，則Cu²⁺離子的外圍電子層電子排布式為3d⁹；離子電荷相同，氧離子半徑小于硫離子半徑，所以Cu₂O的熔點比Cu₂S的高；
故答案為：3d⁹；高；
（5）晶胞中S原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，Zn原子位于晶胞內(nèi)部，共4個，則晶胞質(zhì)量為4×（65+32）g/mol÷6.02×10²³mol^-1），晶胞的體積為（540.0×10^-10cm）³，則密度為ρ=$\frac{4×\frac{（65+32）g/mol}{6.02×1{0}^{23}mo{l}^{-1}}}{（540×1{0}^{-10}cm）^{3}}$=4.1g•cm^-3；
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．

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、雜化類型、等電子體、晶體類型與性質(zhì)、晶胞計算等，掌握均攤法進行晶胞有關(guān)計算．