Question

20．主族元素W、X、Y、Z的原子序數(shù)依次增大，W的原子最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)的3倍．X、Y和Z分屬不同的周期，它們的原子序數(shù)之和是W原子序數(shù)的5倍．在由元素W、X、Y、Z組成的所有可能的二組分化合物中，由元素W與Y形成的化合物M的熔點最高．請回答下列問題：
（1）W元素原子的L層電子排布式為2s²2p⁴，W₃分子的空間結(jié)構(gòu)為V型；
（2）X單質(zhì)與水發(fā)生主要反應(yīng)的方程為2F₂+2H₂O═4HF+O₂；
（3）化合物M的化學(xué)式為MgO，其晶體結(jié)構(gòu)與NaCl相同，而熔點高于NaCl．M熔點較高的原因是MgO的晶格能大于NaCl的晶格能．將一定量的化合物ZX負載在M上可制得ZX/M催化劑，用于催化碳酸二甲酯與月桂醇酯交換合成碳酸二月桂酯．在碳酸二甲酯分子中，碳原子采用的雜化方式有sp²和sp³，O-C-O的鍵角約為120°；
（4）X、Y、Z可形成立方晶體結(jié)構(gòu)的化合物，其晶胞中X占據(jù)所有棱的中心，Y位于頂角，Z處于體心位置，則該晶體的組成X：Y：Z=3：1：1；
（5）許多金屬鹽都可以發(fā)生焰色反應(yīng)，其原因是灼燒時電子從基態(tài)到激發(fā)態(tài)，當(dāng)從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時放出能量以光的形式放出，從而出現(xiàn)不同的顏色．

Answer 1

分析 主族元素W、X、Y、Z的原子序數(shù)依次增大，W的原子最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)的3倍，則W有3個電子層，最外層電子數(shù)為6，故W為氧元素；X，Y，Z分屬不同的周期，且主族元素W、X、Y、Z的原子序數(shù)依次增大．X不可能為第三周期元素，若為第三周期，X、Y、Z的原子序數(shù)之和大于W原子序數(shù)的5倍，所以可以斷定X也在第二周期，且原子序數(shù)比氧元素大，故X為F元素；故Y、Z的原子序數(shù)之和為8×5-9=31，平均原子序數(shù)為15.5，故Y處于第三周期，Z處于第四周期，Z的原子序數(shù)大于18，若Y為Na元素，則Z為Ca元素，若Y為Mg元素，則Z為K元素，X的原子序數(shù)再增大，不符合題意，由于元素W與Y形成的化合物M的熔點最高，故Y為Mg元素，Z為K元素．以及對應(yīng)單質(zhì)化合物的性質(zhì)以及題目要求可解答該題．

解答 解：主族元素W、X、Y、Z的原子序數(shù)依次增大，W的原子最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)的3倍，則W有3個電子層，最外層電子數(shù)為6，故W為氧元素；X，Y，Z分屬不同的周期，且主族元素W、X、Y、Z的原子序數(shù)依次增大．X不可能為第三周期元素，若為第三周期，X、Y、Z的原子序數(shù)之和大于W原子序數(shù)的5倍，所以可以斷定X也在第二周期，且原子序數(shù)比氧元素大，故X為F元素；故Y、Z的原子序數(shù)之和為8×5-9=31，平均原子序數(shù)為15.5，故Y處于第三周期，Z處于第四周期，Z的原子序數(shù)大于18，若Y為Na元素，則Z為Ca元素，若Y為Mg元素，則Z為K元素，X的原子序數(shù)再增大，不符合題意，由于元素W與Y形成的化合物M的熔點最高，故Y為Mg元素，Z為K元素．
（1）W為氧元素，O原子的L層電子排布式為2s²2p⁴；O₃分子中中心氧原子價層電子對數(shù)=2+$\frac{6-2×2}{2}$=3、含有1對孤電子對，故O₃空間構(gòu)型為V型，
故答案為：2s²2p⁴；V型；
（2）X為F元素，對應(yīng)的單質(zhì)具有強氧化性，可與水反應(yīng)生成HF和氧氣，反應(yīng)的方程式為：2F₂+2H₂O═4HF+O₂，
故答案為：2F₂+2H₂O═4HF+O₂；
（3）由上述分析可知，M為MgO，其晶體結(jié)構(gòu)與NaCl相同，而熔點高于NaCl，由于MgO晶體中離子的電荷多，晶格能大，故MgO熔點較高；
在碳酸二甲酯分子中-OCH₃，C原子4個單鍵，采取sp³雜化，在酯基中，C原子呈2個C-O單鍵，屬于σ鍵，1個C=O雙鍵，雙鍵按單鍵計算，故中心C原子的雜化軌道數(shù)為3，采取sp²雜化，為平面正三角形，鍵角為120°，故O-C-O的鍵角約為120°，
故答案為：MgO；MgO的晶格能大于NaCl的晶格能；sp²和sp³；120°；
（4）F、Mg、K形成立方晶體結(jié)構(gòu)的化合物，晶胞中F占據(jù)所有棱的中心，晶胞中F原子數(shù)目為12×$\frac{1}{4}$=3，Mg位于頂角，晶胞中Mg原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$=1，K處于體心位置，晶胞中含有1個K原子，則該晶體的組成為F：Mg：K=3：1：1，
故答案為：3：1：1．
（5）含有元素K的鹽的焰色反應(yīng)為紫色，許多金屬鹽都可以發(fā)生焰色反應(yīng)，其原因為：灼燒時電子從基態(tài)到激發(fā)態(tài)，當(dāng)從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時放出能量以光的形式放出，從而出現(xiàn)不同的顏色，
故答案為：灼燒時電子從基態(tài)到激發(fā)態(tài)，當(dāng)從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時放出能量以光的形式放出，從而出現(xiàn)不同的顏色．

點評 本題考查位置、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系的綜合應(yīng)用，題目難度中等，側(cè)重于學(xué)生分析能力和綜合運用元素周期表的和周期律的考查，為高考常見題型，推斷元素是解題的關(guān)鍵，要充分利用原子序數(shù)的關(guān)系結(jié)合周期表的結(jié)構(gòu)進行判斷元素．