Question

3．元素X、Y、Z、M、N均為短周期主族元素，且原子序數(shù)依次增大．已知Y原子最外層電子數(shù)與核外電子總數(shù)之比為3：4；M原子最外層電子數(shù)與次外層電子數(shù)之比為3：4；N^-、Z⁺、X⁺離子的半徑逐漸減小；化合物XN常溫下為氣體．元素Q價電子為3d¹⁰4s¹，據(jù)此回答：
（1）M元素的含氧酸中酸性最強的是（寫出化學式）H₂SO₄；試解釋為什么其酸性較強S的兩種含氧酸可寫成（HO）₂SO、（HO）₂SO₂，硫酸中S的正電性比亞硫酸中高，導致S-O-H中O的電子向S偏移，因而在水分子的作用下也就越容易電離出H⁺，酸性越強．
（2）Z與M可形成常見固體化合物C，用電子式表示C的形成過程．
（3）已知通常狀況下1g X₂在Y₂中完全燃燒放出a kJ的熱量，請寫出表示X₂燃燒熱的熱化學方程式H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O （l）△H=一2a kJ•mol^-1．
（4）X與Y、X與M均可形成18電子分子，這兩種分子在水溶液中反應有黃色沉淀生成，寫出該反應的化學方程式H₂O₂+H₂S=S↓+2H₂O．
（5）根據(jù)VSEPR模型，X₃Y⁺的離子立體結(jié)構(gòu)為三角錐形．化合物A為Q元素的二價離子與X₂Y分子構(gòu)成的配位數(shù)為4的絡合物，A的水溶液呈現(xiàn)天藍色，逐滴加入氨水，形成藍色沉淀，后藍色沉淀溶解，得到深藍色透明溶液，寫出藍色沉淀生成深藍色溶液的離子方程式：Cu（OH）₂+4NH₃=[Cu（NH₃）₄]²⁺+2OH^-．
（6）均由X、Y、Z、M四種元素組成的兩種鹽發(fā)生反應的離子方程式是HSO₃^-+H⁺=H₂O+SO₂↑；
（7）已知Q是面心立方晶體，則晶胞中Q原子的配位數(shù)是12，若Q原子的半徑為r，試計算該晶胞中原子的空間利用率為74%．

Answer 1

分析 元素X、Y、Z、M、N均為短周期主族元素，且原子序數(shù)依次增大．Y元素原子最外層電子數(shù)與核外電子總數(shù)之比為3：4，最外層電子數(shù)只能為6，則原子總數(shù)為8，Y為O元素；M原子最外層電子數(shù)與次外層電子數(shù)之比為3：4，原子有3個電子層，最外層電子數(shù)為6，則M為S元素；結(jié)合N^-、Z⁺、X⁺的半徑逐漸減小，化合物XN在常溫下為氣體，可判N為Cl元素，Z為Na元素，X為氫元素；元素Q價電子為3d¹⁰4s¹，則Q為Cu．
（1）硫的兩種含氧酸有亞硫酸、硫酸，中心元素化合價越高，對電子對的吸引越大，更有利于電離出氫離子；
（2）Z與M可形成常見固體化合物C為Na₂S，由鈉離子與硫離子構(gòu)成；
（3）計算1molH₂燃燒放出的熱量，注明物質(zhì)的聚集狀態(tài)與反應熱書寫熱化學方程式，且H₂的化學計量為1；
（4）X與Y形成的18電子分子為H₂O₂、X與M形成的18電子分子為H₂S，這兩種分子在水溶液中反應有黃色沉淀生成，即反應生成S與水；
（5）H₃O⁺離子中O原子孤電子對=$\frac{6-1-1×3}{2}$=1，價層電子對數(shù)=3+1=4；
化合物A為Cu元素的二價離子與H₂O分子構(gòu)成的配位數(shù)為4的絡合物，該配離子為[Cu（H₂O）₄]²⁺，A的水溶液呈現(xiàn)天藍色，逐滴加入氨水，形成藍色沉淀為Cu（OH）₂，后藍色沉淀溶解生成[Cu（NH₃）₄]²⁺；
（6）均由X、Y、Z、M四種元素組成的兩種鹽為NaHSO₃、NaHSO₄，二者反應生成硫酸鈉、二氧化硫與水；
（7）已知Q是面心立方晶體，以頂點Q原子研究，與之相鄰的Q原子處于面心，每個頂點為8個晶胞共用，每個面心為2個晶胞共用；
若Q原子的半徑為r，則晶胞棱長為4r×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=2$\sqrt{2}$r，計算晶胞體積，利用均攤法計算晶胞中Q原子數(shù)目，計算晶胞中Q原子占有的總體積，晶胞中原子的空間利用率=$\frac{原子總體積}{晶胞體積}$×100%．

解答 解：元素X、Y、Z、M、N均為短周期主族元素，且原子序數(shù)依次增大．Y元素原子最外層電子數(shù)與核外電子總數(shù)之比為3：4，最外層電子數(shù)只能為6，則原子總數(shù)為8，Y為O元素；M原子最外層電子數(shù)與次外層電子數(shù)之比為3：4，原子有3個電子層，最外層電子數(shù)為6，則M為S元素；結(jié)合N^-、Z⁺、X⁺的半徑逐漸減小，化合物XN在常溫下為氣體，可判N為Cl元素，Z為Na元素，X為氫元素；元素Q價電子為3d¹⁰4s¹，則Q為Cu．
（1）S的兩種含氧酸可寫成（HO）₂SO、（HO）₂SO₂，硫酸中S的正電性比亞硫酸中高，導致S-O-H中O的電子向S偏移，因而在水分子的作用下也就越容易電離出H⁺，酸性越強，硫酸的酸性更強，
故答案為：H₂SO₄；S的兩種含氧酸可寫成（HO）₂SO、（HO）₂SO₂，硫酸中S的正電性比亞硫酸中高，導致S-O-H中O的電子向S偏移，因而在水分子的作用下也就越容易電離出H⁺，酸性越強；
（2）Z與M可形成常見固體化合物C為Na₂S，由鈉離子與硫離子構(gòu)成，用電子式表示形成過程為，
故答案為：；
（3）1molH₂燃燒放出的熱量為a kJ×$\frac{1mol×2g/mol}{1g}$=2a kJ，故氫氣燃燒熱的熱化學方程式為：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O （l）△H=一2a kJ•mol^-1，
故答案為：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O （l）△H=一2a kJ•mol^-1；
（4）X與Y形成的18電子分子為H₂O₂、X與M形成的18電子分子為H₂S，這兩種分子在水溶液中反應有黃色沉淀生成，即反應生成S與水，反應方程式為：H₂O₂+H₂S=S↓+2H₂O，
故答案為：H₂O₂+H₂S=S↓+2H₂O；
（5）H₃O⁺離子中O原子孤電子對=$\frac{6-1-1×3}{2}$=1，價層電子對數(shù)=3+1=4，立體結(jié)構(gòu)為三角錐形；
化合物A為Cu元素的二價離子與H₂O分子構(gòu)成的配位數(shù)為4的絡合物，該配離子為[Cu（H₂O）₄]²⁺，A的水溶液呈現(xiàn)天藍色，逐滴加入氨水，形成藍色沉淀為Cu（OH）₂，后藍色沉淀溶解生成[Cu（NH₃）₄]²⁺，反應離子方程式為：Cu（OH）₂+4NH₃=[Cu（NH₃）₄]²⁺+2OH^-，
故答案為：三角錐形；Cu（OH）₂+4NH₃=[Cu（NH₃）₄]²⁺+2OH^-；
（6）均由X、Y、Z、M四種元素組成的兩種鹽為NaHSO₃、NaHSO₄，二者反應生成硫酸鈉、二氧化硫與水，反應離子方程式為：HSO₃^-+H⁺=H₂O+SO₂↑，
故答案為：HSO₃^-+H⁺=H₂O+SO₂↑；
（7）已知Q是面心立方晶體，以頂點Q原子研究，與之相鄰的Q原子處于面心，每個頂點為8個晶胞共用，每個面心為2個晶胞共用，晶胞中Q原子的配位數(shù)是$\frac{3×8}{2}$=12；
若Q原子的半徑為r，則晶胞棱長為4r×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=2$\sqrt{2}$r，則晶胞體積為（2$\sqrt{2}$r）³，晶胞中Q原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，晶胞中Q原子占有的總體積為4×$\frac{4}{3}$πr³，晶胞中原子的空間利用率=$\frac{4×\frac{4}{3}π{r}^{3}}{（2\sqrt{2}r）^{3}}$×100%=74%，
故答案為：12；74%．

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、分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、熱化學方程式、電子式、空間結(jié)構(gòu)、配合物、元素化合物性質(zhì)、晶胞計算等，需要學生具備扎實的基礎(chǔ)，掌握均攤法進行晶胞有關(guān)計算．