Question

6．有X、Y、Z、W、P、Q六種前兩周期的主族元素，原子序數(shù)依次增大，價(jià)電子數(shù)之和為26，原子半徑依Y、Z、W、P、Q、X依次減小．圍繞上述元素，回答下列問題：
（1）Q的電子排布圖為，YQ₃中心原子的雜化類型為sp²雜化，除X外，其余元素的第一電離能由小到大順序?yàn)锽＜C＜O＜N＜F（元素符號(hào)回答）．
（2）X₂P和ZP₂固態(tài)時(shí)均為分子晶體，但熔點(diǎn)X₂P比ZP₂高得多，原因是H₂O分子存在分子間氫鍵．
（3）固體A是離子晶體，結(jié)構(gòu)類似于CsCl，組成中含W的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為73.7%，它的所有原子的最外層都符合相應(yīng)的稀有氣體原子的最外層電子結(jié)構(gòu)，該物質(zhì)適當(dāng)加熱就分解成兩種單質(zhì)氣體．該物質(zhì)的電子式，其與水反應(yīng)的化學(xué)方程式為NH₄H+H₂O=NH₃•H₂O+H₂↑．
（4）Z單質(zhì)有三類異形體，其中一種骨架型原子晶體的立方晶胞如圖，計(jì)算晶體中Z原子的空間利用率為33.95%（ $\sqrt{2}$=1.41，$\sqrt{3}$=1.73）

Answer 1

分析 有X、Y、Z、W、P、Q六種前兩周期的主族元素，由原子序數(shù)X＜Y，原子半徑X＜Y，可知X只能處于第一周期，其余元素處于第二周期，故X為H元素；Y、Z、W、P、Q原子序數(shù)依次增大，原子半徑依Y、Z、W、P、Q依次減小，則最外層電子數(shù)依次增大，它們最外層電子數(shù)之和為26-1=25，最外層電子數(shù)只能分別為3、4、5、6、7，故Y為B、Z為C、W為N、P為O、Q為F．
（1）根據(jù)核外電子排布畫出其電子排布式；計(jì)算BF₃中心原子B原子價(jià)層電子對數(shù)確定其雜化方式；同周期隨原子序數(shù)增大，第一電離能呈增大趨勢，但原子核外電子處于半滿、全滿、全空時(shí)，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素；
（2）水分子之間存在氫鍵，熔點(diǎn)較高；
（3）固體A是離子晶體，結(jié)構(gòu)類似于CsCl，組成中含N的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為73.7%，它的所有原子的最外層都符合相應(yīng)的稀有氣體原子的最外層電子結(jié)構(gòu)，該物質(zhì)適當(dāng)加熱就分解成兩種單質(zhì)氣體，該物質(zhì)為NH₄H，與水反應(yīng)生成氫氣與一水合氨；
（4）碳單質(zhì)有三類異形體，其中一種骨架型原子晶體的立方晶胞如圖：，以內(nèi)部碳原子進(jìn)行研究，每個(gè)碳原子與周圍4個(gè)碳原子緊密相鄰，并形成正四面體結(jié)構(gòu)，設(shè)碳原子半徑為a，則正四面體中心碳原子與頂點(diǎn)碳原子距離為2a，頂點(diǎn)到底面的距離為（2a+$\frac{2a}{3}$）=$\frac{8a}{3}$，設(shè)正四面體的棱長為x，則斜高為$\frac{\sqrt{3}}{2}$x，底面中心到邊的距離為$\frac{\sqrt{3}}{2}$x×$\frac{1}{3}$=$\frac{\sqrt{3}}{6}$x，由勾股定理計(jì)算x的值，再計(jì)算晶胞體積，根據(jù)均攤法計(jì)算晶胞中碳原子數(shù)目，計(jì)算晶胞中碳原子總體積，進(jìn)而計(jì)算空間利用率．

解答 解：有X、Y、Z、W、P、Q六種前兩周期的主族元素，由原子序數(shù)X＜Y，原子半徑X＜Y，可知X只能處于第一周期，其余元素處于第二周期，故X為H元素；Y、Z、W、P、Q原子序數(shù)依次增大，原子半徑依Y、Z、W、P、Q依次減小，則最外層電子數(shù)依次增大，它們最外層電子數(shù)之和為26-1=25，最外層電子數(shù)只能分別為3、4、5、6、7，故Y為B、Z為C、W為N、P為O、Q為F．
（1）Q為F元素，其電子排布圖為，BF₃中心原子B原子價(jià)層電子對數(shù)為3+$\frac{3-1×3}{2}$=3，故B原子采取sp²雜化，同周期隨原子序數(shù)增大，第一電離能呈增大趨勢，但N元素2p能級(jí)容納3個(gè)電子，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：B＜C＜O＜N＜F，
故答案為：；sp²雜化；B＜C＜O＜N＜F；
（2）H₂O和CO₂固態(tài)時(shí)均為分子晶體，但H₂O分子存在分子間氫鍵，熔點(diǎn)H₂O比CO₂高得多，
故答案為：H₂O分子存在分子間氫鍵；
（3）固體A是離子晶體，結(jié)構(gòu)類似于CsCl，組成中含N的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為73.7%，它的所有原子的最外層都符合相應(yīng)的稀有氣體原子的最外層電子結(jié)構(gòu)，該物質(zhì)適當(dāng)加熱就分解成兩種單質(zhì)氣體，該物質(zhì)為NH₄H，該物質(zhì)的電子式為，其與水反應(yīng)的化學(xué)方程式為NH₄H+H₂O=NH₃•H₂O+H₂↑，
故答案為：；NH₄H+H₂O=NH₃•H₂O+H₂↑；
（4）碳單質(zhì)有三類異形體，其中一種骨架型原子晶體的立方晶胞如圖：，以內(nèi)部碳原子進(jìn)行研究，每個(gè)碳原子與周圍4個(gè)碳原子緊密相鄰，并形成正四面體結(jié)構(gòu)，設(shè)碳原子半徑為a，則正四面體中心碳原子與頂點(diǎn)碳原子距離為2a，頂點(diǎn)到底面的距離為（2a+$\frac{2a}{3}$）=$\frac{8a}{3}$，設(shè)正四面體的棱長為x，則斜高為$\frac{\sqrt{3}}{2}$x，底面中心到邊的距離為$\frac{\sqrt{3}}{2}$x×$\frac{1}{3}$=$\frac{\sqrt{3}}{6}$x，由勾股定理：（$\frac{\sqrt{3}}{6}$x）²+（$\frac{8}{3}$a）²=（$\frac{\sqrt{3}}{2}$x）²，解得x=$\frac{4\sqrt{6}}{3}$a，故晶胞棱長為$\frac{4\sqrt{6}}{3}$a×2×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=$\frac{8\sqrt{3}}{3}$a，故晶胞的體積為（$\frac{8\sqrt{3}}{3}$a）³=$\frac{512\sqrt{3}}{9}$a³，晶胞中碳原子數(shù)目為4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，碳原子總體積為8×$\frac{4}{3}$πa³，故晶體中碳原子原子的空間利用率為（8×$\frac{4}{3}$πa³÷$\frac{512\sqrt{3}}{9}$a³）×100%=33.95%，
故答案為：33.95%．

點(diǎn)評(píng) 本題是對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的考查，涉及核外電子排布、雜化軌道、電離能、氫鍵、電子式、晶胞計(jì)算，（3）（4）為易錯(cuò)點(diǎn)，中學(xué)較少涉及氫化銨，（4）中關(guān)鍵是計(jì)算晶胞棱長，需要學(xué)生具備一定的空間想象力與數(shù)學(xué)計(jì)算能力，難度較大．