Question

14．元素周期表的排列和分區(qū)與元素基態(tài)原子核外電子的排布息息相關(guān)，請(qǐng)據(jù)此回答下列問(wèn)題：
（1）根據(jù)原子結(jié)構(gòu)和元素周期表的關(guān)系，第七周期0族的原子序數(shù)為8．
（2）X和Y均為第2周期p區(qū)元素，其原子的第一電離能數(shù)值按從大到小的順序在同周期元素中處于第三位和第七位．
①晶體Y的結(jié)構(gòu)單元是由Y原子組成的正二十面體（如圖所示），其中有20個(gè)等邊三角形的面和一定數(shù)目的頂點(diǎn)，每個(gè)頂點(diǎn)各有一個(gè)Y原子，故此基本結(jié)構(gòu)單元是由12個(gè)Y原子構(gòu)成，共含有30個(gè)Y-Y鍵．
②若將一個(gè)正二十面體中的每一個(gè)頂點(diǎn)削去，可獲得只由正六邊形和正五邊形構(gòu)成的多面體．若多面體的每一個(gè)頂點(diǎn)均為碳原子，可得到一個(gè)C₆₀分子的結(jié)構(gòu)模型．則1molC₆₀分子中含有a鍵的數(shù)目為90N_A，C₆₀晶體采取面心立方最密堆積，故其配位數(shù)為12．
③X和Y可形成多種類型的結(jié)構(gòu)．下列說(shuō)法正確的是ab．
a、六方“類石墨”YX晶體可做高溫潤(rùn)滑劑
b、立方“類金剛石”YX晶體是超硬材料，有優(yōu)異的耐磨性
c、立方“類金剛石”YX晶體中，Y原子的雜化軌道類型為sp²
（3）Z為第4周期d區(qū)元素，最高價(jià)為+7價(jià)，M和Z是同周期的元素，具有相同的最高化合價(jià)．
①寫出Z的基態(tài)原子價(jià)層電子排布式3d⁵4s²．
②酸性強(qiáng)弱：HMO＜HMO₂，原因是HMO₂中非羥基氧原子數(shù)目比HMO的多．
③Z元素可參與形成準(zhǔn)晶體．準(zhǔn)晶體是一種無(wú)平移周期序，但有嚴(yán)格準(zhǔn)周期位置序的獨(dú)特晶體，可通過(guò)X-射線衍射實(shí)驗(yàn)區(qū)分晶體、準(zhǔn)晶體和非晶體．
④晶體Z可形成體心立方晶胞，若晶胞中距離最近的Z原子核間距離為apm，則Z晶體的密度為$\frac{165\sqrt{3}×1{0}^{30}}{4{a}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)各周期容納元素種數(shù)計(jì)算；
（2）同周期中稀有氣體第一電離能最大，其它元素隨原子序數(shù)最大元素第一電離能呈增大趨勢(shì)，但ⅡA族、ⅤA族最高能級(jí)分別為全滿、半滿穩(wěn)定狀態(tài)，第一電離能高于同周期相鄰元素的，故第二周期中第一電離能順序?yàn)椋篘e＞F＞N＞O＞C＞Be＞B＞Li，X和Y均為第2周期p區(qū)元素，其原子的第一電離能數(shù)值按從大到小的順序在同周期元素中處于第三位和第七位，則X為N元素、Y為B元素；
①每個(gè)三角形含有3個(gè)Y原子，每個(gè)Y原子為5個(gè)三角形共用，每個(gè)三角形含有3個(gè)Y-Y鍵，而每個(gè)Y-Y鍵為2個(gè)三角形共用，利用均攤法計(jì)算；
②若將一個(gè)正二十面體中的每一個(gè)頂點(diǎn)削去，可獲得只由正六邊形和正五邊形構(gòu)成的多面體．若多面體的每一個(gè)頂點(diǎn)均為碳原子，則每個(gè)碳原子形成3個(gè)碳碳σ鍵，每個(gè)碳碳σ鍵為1個(gè)碳原子提供$\frac{1}{2}$，利用均攤法計(jì)算1molC₆₀分子中含有σ鍵的數(shù)目；
C₆₀晶體采取面心立方最密堆積，以頂點(diǎn)C₆₀研究，與之相鄰的C₆₀處于面心，每個(gè)頂點(diǎn)為8個(gè)晶胞共用，而每個(gè)面為2個(gè)晶胞共用；
③a．六方“類石墨”YX晶體，層間為分子間作用力，作用力小；
b．立方“類金剛石”YX晶體，為空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，屬于原子晶體；
c．立方“類金剛石”BN晶體中，B原子形成4個(gè)B-N鍵（含有1個(gè)配位鍵），雜化軌道數(shù)目為4；
（3）Z為第4周期d區(qū)元素，最高價(jià)為+7價(jià)，則Z為Mn元素，M和Z是同周期的元素，具有相同的最高化合價(jià)，則M為Br；
①Z處于的第四周期第ⅦB族；
②非羥基氧數(shù)目越多，酸性越強(qiáng)；
③通過(guò)X-射線衍射實(shí)驗(yàn)區(qū)分晶體、準(zhǔn)晶體和非晶體．
④晶體Z可形成體心立方晶胞，體對(duì)角線上3個(gè)Z原子相鄰，若晶胞中距離最近的Z原子核間距離為apm，則體對(duì)角線長(zhǎng)度為2a pm，故晶胞棱長(zhǎng)為$\frac{2a}{\sqrt{3}}$pm，根據(jù)均攤法計(jì)算晶胞中Z原子數(shù)目，表示出晶胞質(zhì)量，再根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算Z晶體的密度．

解答 解：（1）He的原子序數(shù)為2，根據(jù)各周期容納元素種數(shù)，可知第七周期0族的原子序數(shù)為2+8+8+18+18+32+32=118，
故答案為：118；
（2）同周期中稀有氣體第一電離能最大，其它元素隨原子序數(shù)最大元素第一電離能呈增大趨勢(shì)，但ⅡA族、ⅤA族最高能級(jí)分別為全滿、半滿穩(wěn)定狀態(tài)，第一電離能高于同周期相鄰元素的，故第二周期中第一電離能順序?yàn)椋篘e＞F＞N＞O＞C＞Be＞B＞Li，X和Y均為第2周期p區(qū)元素，其原子的第一電離能數(shù)值按從大到小的順序在同周期元素中處于第三位和第七位，則X為N元素、Y為B元素，．
①每個(gè)三角形含有3個(gè)Y原子，每個(gè)Y原子為5個(gè)三角形共用，則含有Y原子數(shù)目為$\frac{20×3}{5}$=12，
每個(gè)三角形含有3個(gè)Y-Y鍵，而每個(gè)Y-Y鍵為2個(gè)三角形共用，含有Y-Y鍵數(shù)目為$\frac{20×3}{2}$=30，
故答案為：12；30；
②若將一個(gè)正二十面體中的每一個(gè)頂點(diǎn)削去，可獲得只由正六邊形和正五邊形構(gòu)成的多面體．若多面體的每一個(gè)頂點(diǎn)均為碳原子，每個(gè)碳原子為1個(gè)五邊形、2個(gè)六邊形共用，則每個(gè)碳原子形成3個(gè)碳碳σ鍵，每個(gè)碳碳σ鍵為1個(gè)碳原子提供$\frac{1}{2}$，故1molC₆₀分子中含有σ鍵為$\frac{60×3}{2}$mol=90mol，即含有90N_A 個(gè)σ鍵，
故C₆₀晶體采取面心立方最密堆積，以頂點(diǎn)C₆₀研究，與之相鄰的C₆₀處于面心，每個(gè)頂點(diǎn)為8個(gè)晶胞共用，而每個(gè)面為2個(gè)晶胞共用，則其配位數(shù)為$\frac{3×8}{2}$=12，
故答案為：90N_A；12；
③a．六方“類石墨”YX晶體，層間為分子間作用力，作用力小，質(zhì)地軟，可做高溫潤(rùn)滑劑，故a正確；
b．立方“類金剛石”YX晶體，為空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，屬于原子晶體，超硬材料，有優(yōu)異的耐磨性，故b正確；
c．立方“類金剛石”BN晶體中，B原子形成4個(gè)B-N鍵（含有1個(gè)配位鍵），雜化軌道數(shù)目為4，B原子采取sp³雜化，故c錯(cuò)誤，
故答案為：ab；
（3）Z為第4周期d區(qū)元素，最高價(jià)為+7價(jià)，則Z為Mn元素，M和Z是同周期的元素，具有相同的最高化合價(jià)，則M為Br；
①Z處于的第四周期第ⅦB族，價(jià)電子排布式為3d⁵4s²，故答案為：3d⁵4s²；
②HMO₂中非羥基氧原子數(shù)目比HMO的多，故酸性HMO＜HMO₂，故答案為：＜；HMO₂中非羥基氧原子數(shù)目比HMO的多；
③通過(guò)X-射線衍射實(shí)驗(yàn)區(qū)分晶體、準(zhǔn)晶體和非晶體，故答案為：X-射線衍射實(shí)驗(yàn)；
④晶體Z可形成體心立方晶胞，體對(duì)角線上3個(gè)Z原子相鄰，若晶胞中距離最近的Z原子核間距離為a pm，則體對(duì)角線長(zhǎng)度為2a pm，故晶胞棱長(zhǎng)為$\frac{2a}{\sqrt{3}}$pm，晶胞中Mn原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+1=2，則晶胞質(zhì)量為2×$\frac{55}{{N}_{A}}$g，故晶體的密度為2×$\frac{55}{{N}_{A}}$g÷（$\frac{2a}{\sqrt{3}}$×10^-10 cm）³=$\frac{165\sqrt{3}×1{0}^{30}}{4{a}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3，
故答案為：$\frac{165\sqrt{3}×1{0}^{30}}{4{a}^{3}{N}_{A}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及元素周期表、電離能、核外電子排布、雜化方式、晶體類型與性質(zhì)、晶胞計(jì)算等，側(cè)重晶胞計(jì)算的考查，需要學(xué)生具備一定的空間想象與數(shù)學(xué)計(jì)算能力，難度較大，屬于易錯(cuò)題目．