Question

X、Y、Z、W為前四周期的元素，其原子序數(shù)依次增大．Y元素最外層電子數(shù)是其內(nèi)層電子數(shù)的3倍．X與Y形成的常見化合物多于兩種．Z與Y、W分處不同周期，且Z的離子是構成葉綠素中重要大環(huán)有機物的中心離子．W被稱為繼鐵、鋁之后的第三金屬．請根據(jù)上述信息回答下列問題：
（1）請畫出X基態(tài)原子價電子的電子排布圖：

 

．
（2）X、Y、Z三種元素第一電離能由大到小順序是：

 

（寫元素符號）．
（3）X最高價氧化物對應水化物中X的雜化方式是：

 

．
（4）X氣態(tài)氫化物分子的空間構型為：

 

，X的氣態(tài)氫化物與Y的氣態(tài)氫化物比較沸點高的是

 

（寫分子式），鍵角較大的是

 

（寫分子式）．
（5）W晶體的晶胞如圖所示，其配位數(shù)為：

 

．假設該晶胞中的鈦原子的直徑為a pm，N_A為阿伏伽德羅常數(shù)，請列式表示該晶體的密度為

 

g/cm³．

Answer 1

考點：晶胞的計算,位置結構性質(zhì)的相互關系應用,原子軌道雜化方式及雜化類型判斷

專題：元素周期律與元素周期表專題,化學鍵與晶體結構

分析：X、Y、Z、W為前四周期的元素，其原子序數(shù)依次增大．Y元素最外層電子數(shù)是其內(nèi)層電子數(shù)的3倍，原子只能有2個電子層，最外層電子數(shù)為6，則Y為O元素．X與Y形成的常見化合物多于兩種，則X為N元素；W被稱為繼鐵、鋁之后的第三金屬，W為Ti，Z與Y、W分處不同周期，且Z的離子是構成葉綠素中重要大環(huán)有機物的中心離子，則Z為Mg，據(jù)此解答．

解答： 解：X、Y、Z、W為前四周期的元素，其原子序數(shù)依次增大．Y元素最外層電子數(shù)是其內(nèi)層電子數(shù)的3倍，原子只能有2個電子層，最外層電子數(shù)為6，則Y為O元素．X與Y形成的常見化合物多于兩種，則X為N元素；W被稱為繼鐵、鋁之后的第三金屬，W為Ti，Z與Y、W分處不同周期，且Z的離子是構成葉綠素中重要大環(huán)有機物的中心離子，則Z為Mg，
（1）X為N元素，基態(tài)原子價電子排布式為2s²2p³，價電子電子排布圖：，
故答案為：；
（2）N元素2p軌道容納3個電子，處于半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能高于O元素，Mg為金屬元素，第一電離能最小，故三種元素第一電離能由大到小順序是：N＞O＞Mg，
故答案為：N＞O＞Mg；
（3）N最高價氧化物對應水化物為HNO₃，分子中N原子價層電子對數(shù)=3+

5-1-2×2

2

=3，N原子采取sp²雜化方式，
故答案為：sp²；
（4）N氣態(tài)氫化物為NH₃，分子的空間構型為：三角錐形，常溫下水為液態(tài)，而氨氣為氣態(tài)，故H₂O的沸點較高，水分子中孤電子對之間的排斥大于氨氣分子中孤電子對與成鍵電子對之間的排斥，故NH₃分子中鍵角較大，
故答案為：三角錐形；H₂O；NH₃；
（5）由Ti晶體的晶胞結構可知，為六方最密堆積，Ti原子配位數(shù)為12，晶胞體內(nèi)Ti原子與如圖虛線連接的Ti原子形成正四面體結構：，假設該晶胞中的鈦原子的直徑為a pm，則正四面體的棱長為a pm，正四面體如圖，即AB長=a pm，BO長=a pm×

3

2

×

2

3

=

3

3

a pm，故AO長=

a2-( 3 3 a)2

pm=

6

3

a pm，故晶胞的高=2×=

6

3

a pm=

2 6

3

a pm=

2 6

3

a×10^-10 cm，晶胞底面面積=a×10^-10 cm×（a×10^-10 cm×

3

2

）=

3

2

a²×10^-20 cm²，故晶胞體積=

3

2

a²×10^-20 cm²×

2 6

3

a×10^-10 cm=

2

a³×10^-30 cm³，
晶胞中Ti原子數(shù)目=1+8×

1

8

=2，晶胞質(zhì)量=2×

48

NA

g，故晶胞密度=（2×

48

NA

g）÷（

2

a³×10^-30 cm³）=

48 2 ×1030

a3×NA

g/cm³，
故答案為：

48 2 ×1030

a3×NA

．

點評：本題是對物質(zhì)結構的考查，涉及核外電子排布、電離能、分子結構與性質(zhì)、晶胞結構與計算，難度中等，（5）中密度計算為易錯點、難點，關鍵是計算晶胞的高，需要學生具備一定的空間想象與數(shù)學計算能力．