Question

2．前四周期元素 R、X、Y、Z、E的原子序數(shù)依次增加，它們的結(jié)構(gòu)和部分信息如表所示：

元素代號(hào)	部分信息
R	基態(tài)R原子核外有三個(gè)能級(jí)，每個(gè)能級(jí)上電子數(shù)相同
X	X的雙原子單質(zhì)δ鍵和π鍵數(shù)目之比為1：2
Y	短周期主族元素中，原子半徑最大
Z	Z的最高正化合價(jià)與最低負(fù)化合價(jià)之和等于4
E	基態(tài)E3+的外圍電子排布式是3d5

回答問(wèn)題：
（1）E元素在周期表中的位置是第四周期VIII族，其基態(tài)原子中電子占據(jù)的最高能層是N．
（2）元素 X的氫化物M，分子內(nèi)含18個(gè)電子，M的結(jié)構(gòu)式為，每個(gè)中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)是4．
（3）在R、X、Z的含氧酸根離子中，互為等電子體的離子組是CO₃^2-與NO₃^-．
（4）Z元素的兩種氧化物對(duì)應(yīng)的水化物中，酸性較強(qiáng)的H₂SO₄，其原因是其原因是H₂SO₄和H₂SO₃可表示為（HO）₂SO和（HO）₂SO₂，H₂SO₃中的S為+4價(jià)，而H₂SO₄中的S為+6價(jià)，正電性更高，導(dǎo)致S-O-H中的O的電子更向S偏移，越易電離出H⁺．
（5）（ZX）₄在常壓下，高于130℃時(shí)（ZX）₄分解為相應(yīng)的單質(zhì)，這一變化破壞的作用力是共價(jià)鍵；它為熱色性固體，具有色溫效應(yīng)，低于-30℃時(shí)為淡黃色，高于100℃時(shí)為深紅色．
在淡黃色→橙黃色→深紅色的轉(zhuǎn)化中，破壞的作用力是分子間作用力．
（6）常溫條件下，E的晶體采用如圖所示的堆積方式．則這種堆積模型的配位數(shù)為8，若E原子的半徑為r，則單質(zhì)E的原子空間利用率為$\frac{2×\frac{4}{3}π{r}^{3}}{（\frac{4r}{\sqrt{3}}）^{3}}$．（列出計(jì)算式即可）

Answer 1

分析 R元素原子基態(tài)原子核外三個(gè)能級(jí)有電子，且每個(gè)能級(jí)上電子數(shù)目相同，則電子排布式為1s²2s²2p²，故R為C；X的雙原子單質(zhì)δ鍵和π鍵數(shù)目之比為1：2，N≡N中1個(gè)σ鍵、2個(gè)π鍵，σ鍵和π鍵數(shù)目之比為1：2，故X為N；Y短周期主族元素中，原子半徑最大，故Y為Na；Z的最高正化合價(jià)與最低負(fù)化合價(jià)之和等于4，則最高正價(jià)為+6，則為第ⅥA族元素且排在Na后面，故Z為S；基態(tài)E³+的外圍電子排布式是3d⁵，故離子的核外電子排布為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵，故E原子核外電子數(shù)=23+3=26，則E為Fe，據(jù)此進(jìn)行分析．
（6）E為Fe，F(xiàn)e元素對(duì)應(yīng)的單質(zhì)在形成晶體時(shí)，采用如圖2所示的堆積方式，則這種堆積模型為體心立方堆積，即在立方體的中心有一個(gè)鐵原子，與這個(gè)鐵原子距離最近的原子位于立方體的8個(gè)頂點(diǎn)，所以鐵的配位數(shù)為8，每個(gè)晶胞中含有的鐵原子數(shù)=1+8×$\frac{1}{8}$=2，如果Fe的原子半徑rcm，其體對(duì)角線為4個(gè)原子半徑距離，則晶胞棱長(zhǎng)=$\frac{4r}{\sqrt{3}}$cm，其密度=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×2}{（\frac{4r}{\sqrt{3}}）^{3}}$g/cm³．

解答 解：R元素原子基態(tài)原子核外三個(gè)能級(jí)有電子，且每個(gè)能級(jí)上電子數(shù)目相同，則電子排布式為1s²2s²2p²，故R為C；X的雙原子單質(zhì)δ鍵和π鍵數(shù)目之比為1：2，N≡N中1個(gè)σ鍵、2個(gè)π鍵，σ鍵和π鍵數(shù)目之比為1：2，故X為N；Y短周期主族元素中，原子半徑最大，故Y為Na；Z的最高正化合價(jià)與最低負(fù)化合價(jià)之和等于4，則最高正價(jià)為+6，則為第ⅥA族元素且排在Na后面，故Z為S；基態(tài)E³+的外圍電子排布式是3d⁵，故離子的核外電子排布為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵，故E原子核外電子數(shù)=23+3=26，則E為Fe，
（1）E為Fe，根據(jù)元素的質(zhì)子數(shù)可知電子數(shù)為26，核外各電子層電子數(shù)為2、8、14、2，所以位于第四周期第VIII族，；其基態(tài)原子中電子占據(jù)的最高能層是N層，
故答案為：第四周期VIII族；N；
（2）元素X為N，其氫化物為M且分子內(nèi)含18個(gè)電子，則M為N₂H₄，N₂H₄中相當(dāng)于NH₃分子中一個(gè)氫原子被氨基取代，所以N₂H₄的結(jié)構(gòu)式為；N₂H₄分子中價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)=σ鍵個(gè)數(shù)+孤電子對(duì)個(gè)數(shù)=3+$\frac{1}{2}$（5-3×1）=4，
故答案為：；4；
（3）R、X、Z對(duì)應(yīng)的含氧酸根離子為CO₃^2-、NO₃^-、SO₃^2-或SO₄^2-，其中NO₃^-的價(jià)電子數(shù)為5+6×3+1=24，CO₃^2-的價(jià)電子數(shù)為4+6×3+2=24，含有相同原子數(shù)4，為等電子體，
故答案為：CO₃^2-與NO₃^-；
（4）Z元素的兩種氧化物對(duì)應(yīng)的水化物為H₂SO₄，H₂SO₃，酸性較強(qiáng)的H₂SO₄；其原因是H₂SO₄和H₂SO₃可表示為（HO）₂SO和（HO）₂SO₂，H₂SO₃中的S為+4價(jià)，而H₂SO₄中的S為+6價(jià)，正電性更高，導(dǎo)致S-O-H中的O的電子更向S偏移，越易電離出H⁺，
故答案為：H₂SO₄；其原因是H₂SO₄和H₂SO₃可表示為（HO）₂SO和（HO）₂SO₂，H₂SO₃中的S為+4價(jià)，而H₂SO₄中的S為+6價(jià)，正電性更高，導(dǎo)致S-O-H中的O的電子更向S偏移，越易電離出H⁺；
（5）（ZX）₄在常壓下，高于130℃時(shí)（ZX）₄分解為相應(yīng)的單質(zhì)，發(fā)生化學(xué)變化，破壞共價(jià)鍵；（ZX）₄為熱色性固體，在較低溫度下發(fā)生淡黃色→橙黃色→深紅色的轉(zhuǎn)化，應(yīng)屬于分子晶體，破壞的作用力是分子間作用力，
故答案為：共價(jià)鍵；分子間作用力；
（6）E為Fe，F(xiàn)e元素對(duì)應(yīng)的單質(zhì)在形成晶體時(shí)，采用如圖2所示的堆積方式，則這種堆積模型為體心立方堆積，即在立方體的中心有一個(gè)鐵原子，與這個(gè)鐵原子距離最近的原子位于立方體的8個(gè)頂點(diǎn)，所以鐵的配位數(shù)為8，每個(gè)晶胞中含有的鐵原子數(shù)=1+8×$\frac{1}{8}$=2，如果Fe的原子半徑rcm，其體對(duì)角線為4個(gè)原子半徑距離，則晶胞棱長(zhǎng)=$\frac{4r}{\sqrt{3}}$cm，故原子空間利用率為$\frac{2×\frac{4}{3}π{r}^{3}}{（\frac{4r}{\sqrt{3}}）^{3}}$，
故答案為：8；$\frac{2×\frac{4}{3}π{r}^{3}}{（\frac{4r}{\sqrt{3}}）^{3}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及元素在周期表中位值、等電子體、結(jié)構(gòu)式、配位數(shù)、晶胞結(jié)構(gòu)與計(jì)算等，（6）中關(guān)鍵是理解原子半徑與晶胞棱長(zhǎng)關(guān)系，掌握均攤法進(jìn)行晶胞有關(guān)計(jì)算，題目難度較大．