Question

7．W、X、Y、Z為前四周期的元素，原子序數(shù)依次增大．W原子中各能級上的電子數(shù)相等，有2個未成對電子；X與W在同一周期，也有兩個未成對電子；Y²⁺與X^2-具有相同的電子構(gòu)型，Z的原子序數(shù)為28．
（1）Z原子的價層電子排布式為3d⁸4s²．
（2）與同周期的相鄰元素比較，Y原子的第一電離能較大（填“較大”或“較小”），原因是Mg原子價電子排布為3s²，為全滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低．
（3）WX₂分子中，共價鍵的類型有σ鍵、π鍵，W原子的雜化軌道類型為sp雜化；WX₃^2-中心原子上的孤電子對數(shù)為0，立體構(gòu)型為平面三角形，寫出與WX₃^2-具有相同空間構(gòu)型和鍵合形式的分子或離子：SO₃、NO₃^-（寫兩種）．
（4）化合物YX的晶體結(jié)構(gòu)與NaCl相同，Y的配位數(shù)是6；其熔點高于（填“高于”、“低于”或“約等于”）NaCl，原因是與NaCl晶體相比，MgO晶體中離子的電荷多、離子半徑小，故MgO晶格能大于NaCl的晶格能，故MgO熔點較高（從晶體微觀結(jié)構(gòu)的角度解釋）．
（5）由W、Y、Z三種元素組成的一種簡單立方結(jié)構(gòu)的化合物具有超導(dǎo)性，其晶胞中W位于體心位置，Y位于頂角，Z占據(jù)面心位置，該化合物的化學(xué)式為MgNi₃C，晶體中Y原子周圍距離最近的Z原子有12個，該新型超導(dǎo)材料晶胞參數(shù)a=0.3812nm，列式計算該晶體的密度（g•cm^-3）6.029g•cm^-3．

Answer 1

分析 W、X、Y、Z為前四周期的元素，原子序數(shù)依次增大．W原子中各能級上的電子數(shù)相等，有2個未成對電子，原子核外電子排布式為1s²2s²2p²，故W為C元素；X與W在同一周期，也有兩個未成對電子，原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁴，故X為O元素；Y²⁺與X^2-具有相同的電子構(gòu)型，則Y為Mg；Z的原子序數(shù)為28，則Z為Ni．
（1）根據(jù)能量最低原理書寫；
（2）Mg原子價電子排布為3s²，為全滿穩(wěn)定狀態(tài)；
（3）CO₂分子中結(jié)構(gòu)式為O=C=O，為直線形結(jié)構(gòu)，則C原子采取sp雜化；CO₃^2-中碳原子孤電子對數(shù)=$\frac{4+2-2×3}{2}$=0，價層電子對數(shù)=3+0=3；與CO₃^2-具有相同空間構(gòu)型和鍵合形式的分子或離子，應(yīng)互為等電子體，原子總數(shù)相等、價電子總數(shù)也相等的微�；�為等電子體；
（4）MgO的晶體結(jié)構(gòu)與NaCl相同，屬于離子化合物，晶胞中離子配位數(shù)為6；離子電荷越多、離子半徑越小，晶格能越大，晶體的熔點越高；
（5）C、Mg、Ni形成立方晶體結(jié)構(gòu)的化合物，晶胞中C原子位于體心位置，Mg原子位于頂角，Ni占據(jù)面心位置，根據(jù)均攤法計算晶胞中C、Mg、Ni原子數(shù)目，進(jìn)而確定化學(xué)式；
以頂角Y原子研究，與之最近的Z原子都處于面心，每個頂點為8個晶胞共用，每個面為2個晶胞共用；
結(jié)合晶胞中含有原子數(shù)目，表示出晶胞質(zhì)量，再根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計算晶體密度．

解答 解：W、X、Y、Z為前四周期的元素，原子序數(shù)依次增大．W原子中各能級上的電子數(shù)相等，有2個未成對電子，原子核外電子排布式為1s²2s²2p²，故W為C元素；X與W在同一周期，也有兩個未成對電子，原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁴，故X為O元素；Y²⁺與X^2-具有相同的電子構(gòu)型，則Y為Mg；Z的原子序數(shù)為28，則Z為Ni．
（1）Z的原子序數(shù)為28，根據(jù)能量最低原理，價電子排布式為3d⁸4s²，
故答案為：3d⁸4s²；
（2）Mg原子價電子排布為3s²，為全滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素的，
故答案為：較大；Mg原子價電子排布為3s²，為全滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低；
（3）CO₂分子中結(jié)構(gòu)式為O=C=O，含有σ鍵、π鍵，為直線形結(jié)構(gòu)，則C原子采取sp雜化；CO₃^2-中碳原子孤電子對數(shù)=$\frac{4+2-2×3}{2}$=0，價層電子對數(shù)=3+0=3，為平面三角形；與CO₃^2-具有相同空間構(gòu)型和鍵合形式的分子或離子，應(yīng)互為等電子體，原子總數(shù)相等、價電子總數(shù)也相等的微�；�為等電子體，故符合條件的微粒為SO₃、NO₃^-等，
故答案為：σ鍵、π鍵；sp雜化；0；平面三角形；SO₃、NO₃^-；
（4）MgO的晶體結(jié)構(gòu)與NaCl相同，屬于離子化合物，晶胞中離子配位數(shù)為6，與NaCl晶體相比，MgO晶體中離子的電荷多、離子半徑小，故MgO晶格能大于NaCl的晶格能，故MgO熔點較高，
故答案為：6；高于；與NaCl晶體相比，MgO晶體中離子的電荷多、離子半徑小，故MgO晶格能大于NaCl的晶格能，故MgO熔點較高；
（5）C、Mg、Ni形成立方晶體結(jié)構(gòu)的化合物，晶胞中C原子位于體心位置，Mg原子位于頂角，Ni占據(jù)面心位置，則晶胞中C原子數(shù)目為1、Mg原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$、Ni原子數(shù)目為6×$\frac{1}{2}$=3，故化學(xué)式為MgNi₃C；
以頂角Y原子研究，與之最近的Z原子都處于面心，每個頂點為8個晶胞共用，每個面為2個晶胞共用，故晶體中Y原子周圍距離最近的Z原子有$\frac{8×3}{2}$=12；
晶胞質(zhì)量為$\frac{（12+59×3+12）g/mol}{6.02×1{0}^{23}mo{l}^{-1}}$，故晶體密度為$\frac{（12+59×3+12）g/mol}{6.02×1{0}^{23}mo{l}^{-1}}$÷（0.3812×10^-7 cm）³=6.029g•cm^-3，
故答案為：MgNi₃C；12；6.029g•cm^-3．

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、電離能、化學(xué)鍵、雜化方式與空間構(gòu)型、等電子體、晶體類型與性質(zhì)、晶胞計算等，是對物質(zhì)結(jié)構(gòu)主干知識的綜合考查，（5）中注意根據(jù)均攤法進(jìn)行計算，題目計算量較大，為易錯點．