Question

3．已知常見元素X的原子序數(shù)比常見元素Y的小，X的氫化物能與其最高價氧化物的水化物發(fā)生化合反應(yīng)生成一種離子化合物M，Y元素的周期序數(shù)等于最外層電子數(shù)．回答下列問題：
（1）在基態(tài)X原子中，核外存在2對自旋相反的電子，M由兩種離子構(gòu)成，其中陽離子的立體構(gòu)型為正四面體，陽離子中X的雜化軌道類型為sp³
（2）由X、Y形成的化合物A具有耐溫、抗沖擊、導(dǎo)熱性好等優(yōu)良性能，廣泛用于陶瓷工業(yè)等領(lǐng)域．工業(yè)上用X單質(zhì)與Y的氧化物和碳在一定條件下反應(yīng)生成A和CO，A的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示，工業(yè)上制備A的化學(xué)方程式為N₂+Al₂O₃+3C$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$2AlN+3CO
（3）已知X與硼的化合物BX的晶體類型與A晶體的相同，且熔點(diǎn)比A高，可能的原因是BN與AlN都是原子晶體，硼原子半徑比鋁原子半徑小，所以B-N鍵能比較Al-N鍵能大，所以BN的熔點(diǎn)比AlN高
（4）X元素的電負(fù)性比氧元素的小（填“大”或“小”，下同），X元素的第一電離能比氧元素的大
（5）若晶體A的密度為ρg•cm^-3，則晶體的棱長a=$\root{3}{\frac{4×41}{{N}_{A}}}$cm（阿伏伽德羅常數(shù)用N_A表示，不必化簡）

Answer 1

分析 X的氫化物能與其最高價氧化物的水化物發(fā)生化合反應(yīng)生成一種離子化合物M，則X為N元素，M為NH₄NO₃，元素X的原子序數(shù)比常見元素Y的小，Y元素的周期序數(shù)等于最外層電子數(shù)，則Y為Al．
（1）在基態(tài)X原子核外核外電子排布為1s²2s²2p³，M為NH₄NO₃，其中陽離子為NH₄⁺，計(jì)算N原子孤電子對、價層電子對數(shù)，進(jìn)而確定立體構(gòu)型與N原子的雜化類型；
（2）A晶體晶胞中N原子數(shù)目為4，Al原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，故A為AlN，工業(yè)上用氮?dú)馀c氧化鋁和碳在一定條件下反應(yīng)生成AlN和CO；
 （3）已知BN的晶體類型與AlN晶體的相同，它們都是原子晶體，硼原子半徑比鋁原子半徑小，所以B-N鍵能比較Al-N鍵能大，所以BN的熔點(diǎn)比AlN高；
（4）同周期自左而右元素電負(fù)性增大；N元素原子2p能級為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素；
（5）晶胞中Al、N原子數(shù)目均為4，則晶胞質(zhì)量為4×$\frac{27+14}{{N}_{A}}$g，再根據(jù)V=$\frac{m}{ρ}$計(jì)算晶胞體積，晶體的棱長a=$\root{3}{V}$．

解答 解：X的氫化物能與其最高價氧化物的水化物發(fā)生化合反應(yīng)生成一種離子化合物M，則X為N元素，M為NH₄NO₃，元素X的原子序數(shù)比常見元素Y的小，Y元素的周期序數(shù)等于最外層電子數(shù)，則Y為Al．
（1）在基態(tài)X原子核外核外電子排布為1s²2s²2p³，1s、2s軌道電子為自旋相反的電子對，即核外存在2對自旋相反的電子；
M為NH₄NO₃，其中陽離子為NH₄⁺，N原子孤電子對=$\frac{5-1-1×4}{2}$=0、價層電子對數(shù)=4+0=4，故立體構(gòu)型為正四面體，N原子采取sp³雜化，
故答案為：2；正四面體；sp³；
（2）A晶體晶胞中N原子數(shù)目為4，Al原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，故A為AlN，工業(yè)上用氮?dú)馀c氧化鋁和碳在一定條件下反應(yīng)生成AlN和CO，反應(yīng)方程式為：N₂+Al₂O₃+3C$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$2AlN+3CO，
故答案為：N₂+Al₂O₃+3C$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$2AlN+3CO；
（3）BN的晶體類型與AlN晶體的相同，它們都是原子晶體，硼原子半徑比鋁原子半徑小，所以B-N鍵能比較Al-N鍵能大，所以BN的熔點(diǎn)比AlN高，
故答案為：BN與AlN都是原子晶體，硼原子半徑比鋁原子半徑小，所以B-N鍵能比較Al-N鍵能大，所以BN的熔點(diǎn)比AlN高；
（4）同周期自左而右元素電負(fù)性增大，故電負(fù)性N＜O；N元素原子2p能級為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素，故第一電離能N＞O，
故答案為：小；大；
（5）晶胞中Al、N原子數(shù)目均為4，則晶胞質(zhì)量為4×$\frac{27+14}{{N}_{A}}$g，晶體密度為ρg•cm^-3，晶胞體積=4×$\frac{27+14}{{N}_{A}}$g÷ρg•cm^-3=$\frac{4×41}{{N}_{A}}$cm³，則晶體的棱長a=$\root{3}{\frac{4×41}{{N}_{A}}}$cm，
故答案為：$\root{3}{\frac{4×41}{{N}_{A}}}$．

點(diǎn)評 本題是對物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及核外電子排布、空間構(gòu)型與雜化方式判斷、晶體類型與熔沸點(diǎn)、電離能、電負(fù)性、晶胞計(jì)算等，注意理解同周期第一電離能異常情況，難度中等．