Question

4．W、M、X、Y四種短周期元素在周期表中的位置如圖1所示，其中只有M為金屬元素．Z是第四周期元素，Z的3d軌道中有6個(gè)電子．請回答下列問題：

（1）Z基態(tài)原子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²{或[Ar]3d⁶4s²}，比較W與Y兩種元素的第一電離能大�。篎＞S（用元素符號表示）．
（2）寫出X的氧化物與W的氫化物的水溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式：SiO₂+4HF=SiF₄↑+2H₂O
（3）科學(xué)家研制出一種英文名為sulflower的新型分子C₁₆Y₈（結(jié)構(gòu)如圖2所示），它將成為潛在的儲(chǔ)氫材料．C₁₆Y₈分子中π鍵與σ鍵的個(gè)數(shù)比為1：4，1molC₁₆Y₈最多能與8molH₂發(fā)生加成反應(yīng)．
（4）Z與Y形成的某種化合物的晶胞結(jié)構(gòu)如圖3所示，該化合物的化學(xué)式為FeS₂．已知該晶胞邊長為a cm，則該化合物的密度為$\frac{352}{{a}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3（設(shè)N_A為阿伏伽德羅常數(shù)的數(shù)值）．

Answer 1

分析 W、M、X、Y四種短周期元素在周期表中的位置如圖1所示，其中只有M為金屬元素，根據(jù)元素在周期表中的位置知，M是Al、X是Si、Y是S、W是F元素；
Z是第四周期元素，Z的3d軌道中有6個(gè)電子，則Z為Fe元素；
（1）Z為26號元素Fe，其原子核外有26個(gè)電子，根據(jù)構(gòu)造原理書寫Z基態(tài)原子的電子排布式；
W是F元素、Y是S元素，同一周期元素，第一電離能隨著原子序數(shù)增大而呈增大趨勢，同一主族元素，第一電離能隨著原子序數(shù)增大而減��；
（2）X是Si，X的氧化物是二氧化硅，W是F元素，其氫化物是HF，二氧化硅和HF反應(yīng)生成四氟化硅和水；
（3）共價(jià)單鍵為σ鍵，共價(jià)雙鍵中一個(gè)是σ鍵一個(gè)是π鍵；
碳碳雙鍵能和氫氣發(fā)生加成反應(yīng)，且碳碳雙鍵和氫氣按1：1反應(yīng)；
（4）Fe與S形成的某種化合物的晶胞結(jié)構(gòu)如圖3所示，該晶胞中Fe原子個(gè)數(shù)8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，S原子個(gè)數(shù)為8，據(jù)此計(jì)算該化合物的化學(xué)式；
該晶胞邊長為a cm，體積為a³cm³，該化合物的密度=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{V}$．

解答 解：W、M、X、Y四種短周期元素在周期表中的位置如圖1所示，其中只有M為金屬元素，根據(jù)元素在周期表中的位置知，M是Al、X是Si、Y是S、W是F元素；
Z是第四周期元素，Z的3d軌道中有6個(gè)電子，則Z為Fe元素；
（1）Z為26號元素Fe，其原子核外有26個(gè)電子，根據(jù)構(gòu)造原理書寫Z基態(tài)原子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²{或[Ar]3d⁶4s²}；
W是F元素、Y是S元素，同一周期元素，第一電離能隨著原子序數(shù)增大而呈增大趨勢，同一主族元素，第一電離能隨著原子序數(shù)增大而減小，所以第一電離能S＜Cl、Cl＜F，則F＞S；
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²{或[Ar]3d⁶4s²}；F＞S；
（2）X是Si，X的氧化物是二氧化硅，W是F元素，其氫化物是HF，二氧化硅和HF反應(yīng)生成四氟化硅和水，二者反應(yīng)方程式為SiO₂+4HF=SiF₄↑+2H₂O，
故答案為：SiO₂+4HF=SiF₄↑+2H₂O；
（3）共價(jià)單鍵為σ鍵，共價(jià)雙鍵中一個(gè)是σ鍵一個(gè)是π鍵，該分子中σ鍵、π鍵個(gè)數(shù)分別是32、8，所以σ鍵、π鍵個(gè)數(shù)之比=32：8=4：1，所以π鍵與σ鍵的個(gè)數(shù)比為1：4；
碳碳雙鍵能和氫氣發(fā)生加成反應(yīng)，且碳碳雙鍵和氫氣按1：1反應(yīng)，該反應(yīng)中含有8個(gè)碳碳雙鍵，所以1molC₁₆Y₈最多能與8mol氫氣發(fā)生加成反應(yīng)，
故答案為：1：4；8；
（4）Fe與S形成的某種化合物的晶胞結(jié)構(gòu)如圖3所示，該晶胞中Fe原子個(gè)數(shù)8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，S原子個(gè)數(shù)為8，則該晶胞中Fe、S原子個(gè)數(shù)之比=4：8=1：2，其化學(xué)式為FeS₂；
該晶胞邊長為a cm，體積為a³cm³，該化合物的密度=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{V}$=$\frac{\frac{88}{{N}_{A}}×4}{{a}^{3}}$g•cm^-3=$\frac{352}{{a}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3，
故答案為：FeS₂；$\frac{352}{{a}^{3}{N}_{A}}$．

點(diǎn)評 本題考查晶胞計(jì)算、原子核外電子排布、電離能等知識點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生計(jì)算及空間想象能力，這些都是高頻考點(diǎn)，難點(diǎn)是（4）中密度計(jì)算，注意密度公式中$\frac{M}{{N}_{A}}$的含義，題目難度中等．