Question

15．已知X、Y、Z、Q、E五種元素的原子序數(shù)依次增大，其中X原子核外電子有6種不同的運動狀態(tài)，s能級電子數(shù)是p能級電子數(shù)的兩倍；Z原子L層上有2對成對電子；Q是第三周期中電負性最大的元素；E的單質(zhì)是常溫下唯一呈液態(tài)的非金屬．請回答下列問題：
（1）X、Y、Z第一電離能由小到大的順序為C＜O＜N（填元素符號）．Y的簡單氫化物的分子空間構型是三角錐形．其中心原子采取sp³雜化，屬極性（填“極性”或“非極性”）分子．
（2）E元素基態(tài)原子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁵．
（3）XZ₂分子中含有2個π鍵．
（4）Z氫化物的沸點比Q氫化物的沸點高，理由是氧元素的電負性很強，水分子之間存在氫鍵，導致熔沸點升高．
（5）X元素可形成X₆₀單質(zhì)，它與金屬鉀摻雜在一起制造了一種富勒烯化合物，其晶胞如圖所示（白球位于立方體的體心和頂點，小黑球位于立方體的面上），該化合物中X₆₀與鉀原子個數(shù)比為1：3．

Answer 1

分析 X、Y、Z、Q、E五種元素的原子序數(shù)依次增大，其中X原子核外電子有6種不同的運動狀態(tài)，則X原子核外電子數(shù)為6，故X為碳元素；Z原子L層上有2對成對電子，則Z原子核外電子排布為1s²2s²2p⁴，故Z為氧元素；Y原子序數(shù)介于碳元素與氧元素之間，故Y為氮元素；Q是第三周期中電負性最大的元素，Q為Cl元素；E的單質(zhì)是常溫下唯一呈液態(tài)的非金屬，E為Br元素，
（1）同周期自左而右第一電離能呈增大趨勢，但氮原子2p能級有3個電子，處于半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，失去電子需要能量較高；
Y的簡單氫化物為NH₃，確定N原子價層電子對數(shù)，進而確定N原子雜化方式，根據(jù)空間結(jié)構判斷正負電荷重心是否重合，確定分子極性問題；
（2）E為Br元素，原子核外電子數(shù)為35，根據(jù)核外電子排布規(guī)律書寫；
（3）CO₂分子中C原子成2個C=O雙鍵，雙鍵中含有1個σ鍵、1個π鍵；
（4）氧元素的電負性很強，水分子之間存在氫鍵，導致熔沸點升高；
（5）根據(jù)均攤法計算晶胞中X₆₀與鉀原子個數(shù)，據(jù)此解答．

解答 解：X、Y、Z、Q、E五種元素的原子序數(shù)依次增大，其中X原子核外電子有6種不同的運動狀態(tài)，則X原子核外電子數(shù)為6，故X為碳元素；Z原子L層上有2對成對電子，則Z原子核外電子排布為1s²2s²2p⁴，故Z為氧元素；Y原子序數(shù)介于碳元素與氧元素之間，故Y為氮元素；Q是第三周期中電負性最大的元素，Q為Cl元素；E的單質(zhì)是常溫下唯一呈液態(tài)的非金屬，E為Br元素．
（1）同周期自左而右第一電離能呈增大趨勢，但氮原子2p能級有3個電子，處于半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，失去電子需要能量較高，故N元素的第一電離能高于同周期相鄰元素，故第一電離能C＜O＜N，
Y的簡單氫化物為NH₃，為三角錐形結(jié)構，N原子價層電子對數(shù)為3+$\frac{5-1×3}{2}$=4，N原子雜化方式為sp³，分子中正負電荷重心不重合，屬于極性分子，
故答案為：C＜O＜N；三角錐形；sp³；N極性；
（2）E為Br元素，原子核外電子數(shù)為35，核外電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁵，故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁵；
（3）CO₂分子中C原子成2個C=O雙鍵，雙鍵中含有1個σ鍵、1個π鍵，故CO₂分子中含有2個π鍵，故答案為：2；
（4）氧元素的電負性很強，水分子之間存在氫鍵，導致熔沸點升高，故Z氫化物的沸點比Q氫化物的沸點高，
故答案為：氧元素的電負性很強，水分子之間存在氫鍵，導致熔沸點升高；
（5）由晶胞結(jié)構可知，晶胞中X₆₀數(shù)目為1+8×$\frac{1}{8}$=2，K原子數(shù)目為2×6×$\frac{1}{2}$=6，故晶胞中X₆₀與鉀原子個數(shù)之比為2：6=1：3，故答案為：1：3

點評 本題是對物質(zhì)結(jié)構的考查，涉及核外電子排布規(guī)律、電離能、化學鍵與氫鍵、晶胞計算等，難度中等，注意利用均攤法進行晶胞的計算．