Question

14．X、Y、Z、M、R、W均為周期表中前四周期的元素．X的基態(tài)原子外圍電子排布式為3s²；Y原子的L電子層的P能級(jí)上有一個(gè)空軌道；Z元素的基態(tài)原子最外層有3個(gè)未成對(duì)電子，次外層有2個(gè)電子； M 的原子的2p軌道上有1個(gè)電子的自旋方向與其它電子的自旋方向相反； W為過渡元素，其基態(tài)原子外圍電子排布成對(duì)電子數(shù)是未成對(duì)電子數(shù)4倍．回答下列問題（相關(guān)回答均用元素符號(hào)表示）：
（1）X的基態(tài)原子有12種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同的電子；
（2）ZM₃^-的離子空間構(gòu)型為平面三角形，其中Z的雜化方式為SP²雜化；
（3）W的元素符號(hào)MnW與YM易形成配合物W（YM）₄，在W（YM）₄中W的化合價(jià)為0；與YM分子互為等電子體的離子的化學(xué)式為CN^-或C₂^2-，O₂²⁺．
（4）W單質(zhì)的晶體在不同溫度下有兩種原子堆積方式，晶胞分別如圖A、B所示：

①圖B中原子堆積方式為面心立方最密堆積，A、B中W原子的配位數(shù)之比為2：3．
②A、B晶胞的棱長(zhǎng)分別為a cm和b cm，則A、B兩種晶體的密度之比為b³：2a³．
③圖A的堆積方式空間利用率$\frac{\sqrt{3}π}{8}×100%$（用含π的式子表示）

Answer 1

分析 X、Y、Z、M、W均為周期表中前四周期的元素，X的基態(tài)原子外圍電子排布式為3s²，則X為第三周期ⅡA族元素，為Mg元素；
Y基態(tài)原子的L電子層的p能級(jí)上有一個(gè)空軌道，原子核外電子排布為1s²2s²2p²，則Y為C元素；
Z元素的基態(tài)原子最外層有3個(gè)未成對(duì)電子，次外層有2個(gè)電子，則Z處于第二周期，電子排布式為：1s²2s²2p³，為N元素；
M的基態(tài)原子的2p軌道上有1個(gè)電子的自旋方向與其它電子的自旋方向相反，原子核外電子排布為1s²2s²2p⁴，則M為O元素；
W為過渡元素，它的其基態(tài)原子外圍電子排布成對(duì)電子數(shù)是未成對(duì)電子數(shù)4倍，核外電子排布為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s²，故W為Mn元素，據(jù)此進(jìn)行解答．

解答 解：X、Y、Z、M、W均為周期表中前四周期的元素，X的基態(tài)原子外圍電子排布式為3s²，則X為第三周期ⅡA族元素，為Mg元素；
Y基態(tài)原子的L電子層的p能級(jí)上有一個(gè)空軌道，原子核外電子排布為1s²2s²2p²，則Y為C元素；
Z元素的基態(tài)原子最外層有3個(gè)未成對(duì)電子，次外層有2個(gè)電子，則Z處于第二周期，電子排布式為：1s²2s²2p³，為N元素；
M的基態(tài)原子的2p軌道上有1個(gè)電子的自旋方向與其它電子的自旋方向相反，原子核外電子排布為1s²2s²2p⁴，則M為O元素；
W為過渡元素，它的其基態(tài)原子外圍電子排布成對(duì)電子數(shù)是未成對(duì)電子數(shù)4倍，核外電子排布為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s²，故W為Mn元素，
（1）X為Mg元素，其基態(tài)原子核外電子排布為1s²2s²2p⁶3s²，每一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)均不同，故核外有12種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同的電子，故答案為：12；
（2）ZM₃^-為NO₃^-，NO₃^-中N原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為：$\frac{5+1}{2}$=3，沒有孤電子對(duì)，所以NO₃^-的空間構(gòu)型為平面三角形，N原子采用sp²雜質(zhì)，
故答案為：平面三角形；sp²；
（3）W與YM易形成配合物W（YM）₄為Mn（CO）₄，Mn與CO易形成配合物Fe（CO）₄化合價(jià)的代數(shù)和為0，CO的化合價(jià)的代數(shù)和為0，則Mn的化合價(jià)為0；
根據(jù)等電子體的定義，CO的等電子體必須是雙原子分子或離子，且電子總數(shù)相等，所以與CO分子互為等電子體的離子的化學(xué)式為CN^-或C₂^2-，O₂²⁺，
故答案為：Mn；0；CN^-或C₂^2-，O₂²⁺；
（4）①以頂點(diǎn)Mn原子研究，與之最近的原子處于面心，每個(gè)頂點(diǎn)為12個(gè)面共用，故面心立方最密堆積中Mn原子配位數(shù)為12，體心立方堆積中Mn原子配位數(shù)為8，故A、B兩種堆積中配位數(shù)之比為8：12=2：3，
故答案為：面心立方最密堆積；2：3；
②A中原子占據(jù)體心和頂點(diǎn)，為體心立方結(jié)構(gòu)，原子數(shù)為1+8×$\frac{1}{8}$=2，B中占據(jù)頂點(diǎn)和面心，原子數(shù)為6×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{8}$=4，所以體心立方晶胞和面心立方晶胞中實(shí)際含有的Fe原子個(gè)數(shù)之比1：2；A、B晶胞的棱長(zhǎng)分別為a cm和b cm，體積分別為a³cm³、b³cm³，晶胞的密度等于晶胞中鐵原子的質(zhì)量與體積的比，為 $\frac{2m}{{a}^{3}}$：$\frac{4m}{^{3}}$=b³：2a³，
故答案為：b³：2a³；
③圖A中原子數(shù)目為1+8×$\frac{1}{8}$=2，原子半徑為r，原子總體積為2×$\frac{4π{r}^{3}}{3}$，晶胞體積為$（\frac{4r}{\sqrt{3}}）^{3}$，空間利用率=$\frac{原子總體積}{晶胞體積}$×100%=$\frac{\sqrt{3}π}{8}×100%$，
故答案為：$\frac{\sqrt{3}π}{8}×100%$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查位置、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系的綜合應(yīng)用、晶胞的計(jì)算等知識(shí)，題目難度中等，推斷各元素為解答關(guān)鍵，注意掌握原子結(jié)構(gòu)與元素周期律、元素周期律的關(guān)系，（4）為難點(diǎn)，需要明確均攤法在晶胞計(jì)算中的應(yīng)用．