Question

4．Q、R、X、Y、Z、W為周期表中原子序數(shù)依次遞增的前四周期元素．
已知：①Q為元素周期表中原子半徑最小的元素；
②R的基態(tài)原子中電子占據(jù)三種能量不同的能級，且每種能級中的電子總數(shù)相同；
③Y的基態(tài)原子的核外成對的電子數(shù)是未成對的電子數(shù)的3倍；
④Z基態(tài)原子有六個未成對電子；
⑤W⁺離子的核外M能層中電子全充滿．
用對應的元素符號或化學式回答下列問題：
（1）R、X、Y的第一電離能由大到小的順序為N＞O＞C
（2）Q元素在元素周期表中屬于s區(qū)，與Y元素同族的第四周期元素的價電子排布式為4s²4p⁴
（3）RY₂的電子式為，分子的空間構型是直線形；Z³⁺的原子結構示意圖為；X₂Q₄分子中X原子的雜化方式為sp³雜化．
（4）RQ₂Y₂的結構式為，m g該物質完全燃燒后通過足量Na₂O₂固體充分吸收，Na₂O₂固體增重的質量為$\frac{15m}{23}$g
（5）由Y、Z兩種元素組成的Z₂Y₇^2-離子在酸性條件下可與乙醇反應，生成乙酸、Z³⁺等物質．該反應的離子方程式為：2Cr₂O₇^2-+3CH₃CH₂OH+16H⁺═4Cr³⁺+3CH₃COOH+11H₂O．
（6）W晶胞結構如圖所示，在該晶體中每個W原子周圍距離最近的W原子數(shù)目為12，已知W原子半徑為r pm，N_A表示阿伏伽德羅常數(shù)，則該晶體的密度為$\frac{256}{{N}_{A}×（2\sqrt{2}r×1{0}^{-10}）^{3}}$．

Answer 1

分析 Q、R、X、Y、Z、W為周期表中原子序數(shù)依次遞增的前四周期元素，已知：①Q為元素周期表中原子半徑最小的元素，則Q為H元素；②R的基態(tài)原子中電子占據(jù)三種能量不同的原子軌道，且每種軌道中的電子總數(shù)相同，原子核外電子排布為1s²2s²2p²，則R為C元素；③Y的基態(tài)原子的核外成對電子數(shù)是未成對電子數(shù)的3倍，核外電子排布式為1s²2s²2p⁴，應為O元素；④Z基態(tài)原子有六個未成對電子，只能處于第四周期，外圍電子排布式為3d⁵4s¹，則Z為Cr元素；⑤W⁺離子的核外M能層中電子全充滿，原子質子數(shù)為2+8+18+1=29，則W為Cu；結合原子序數(shù)可知，X為N元素，據(jù)此解答．

解答 解：Q、R、X、Y、Z為周期表中原子序數(shù)依次遞增的前四周期元素，已知：①Q為元素周期表中原子半徑最小的元素，則Q為H元素；②R的基態(tài)原子中電子占據(jù)三種能量不同的原子軌道，且每種軌道中的電子總數(shù)相同，原子核外電子排布為1s²2s²2p²，則R為C元素；③Y的基態(tài)原子的核外成對電子數(shù)是未成對電子數(shù)的3倍，核外電子排布式為1s²2s²2p⁴，應為O元素；④Z基態(tài)原子有六個未成對電子，只能處于第四周期，外圍電子排布式為3d⁵4s¹，則Z為Cr元素；⑤W⁺離子的核外M能層中電子全充滿，原子質子數(shù)為2+8+18+1=29，則W為Cu；結合原子序數(shù)可知，X為N元素．
（1）R、X、Y三種元素的分別為C、N、O，同周期元素從左到右元素的第一電離能呈增大趨勢，則C元素的最小，但N原子的電子排布中2p軌道為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，則失去1個電子更難，第一電離能高于O元素，故第一電離能N＞O＞C，
故答案為：N＞O＞C；
（2）Q為H元素，元素在元素周期表中屬于s區(qū)，Y為O元素，與之同族的第四周期元素的價電子排布式為4s²4p⁴，
故答案為：s；4s²4p⁴；
（3）CO₂的電子式為，分子的空間構型是直線形，Cr³⁺的原子結構示意圖為，N₂H₄分子中N原子形成3個單鍵、含有1對孤對電子，雜化軌道數(shù)目為4，雜化方式為sp³雜化，
故答案為：；直線形；；sp³雜化；
（4）CH₂O₂的結構式為，燃燒生成二氧化碳與水，再通過過氧化鈉反應生成碳酸鈉與氫氧化鈉，固體增重相當于為CO、H₂質量，CH₂O₂可以改寫為CO．H₂．O，Na₂O₂固體增重的質量為mg×$\frac{30}{46}$=$\frac{15m}{23}$g，
故答案為：；$\frac{15m}{23}$；
（5）由Y、Z兩種元素組成的Cr₂O₇^2-離子在酸性條件下可與乙醇反應，生成乙酸、Cr³⁺等物質．該反應的離子方程式為：2Cr₂O₇^2-+3CH₃CH₂OH+16H⁺═4Cr³⁺+3CH₃COOH+11H₂O，
故答案為：2Cr₂O₇^2-+3CH₃CH₂OH+16H⁺═4Cr³⁺+3CH₃COOH+11H₂O；
（6）該晶胞為面心立方密堆積，以頂點原子研究，與之距離最近原子處于面心，在該晶體中每個W原子周圍距離最近的W原子數(shù)目為$\frac{3×8}{2}$=12，晶胞中Cu原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，晶胞質量為4×$\frac{64}{{N}_{A}}$g，W原子半徑為r pm，則晶胞邊長為4r pm×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=2$\sqrt{2}$r pm，則該晶體的密度為4×$\frac{64}{{N}_{A}}$g÷（2$\sqrt{2}$r×10^-10 cm）³=$\frac{256}{{N}_{A}×（2\sqrt{2}r×1{0}^{-10}）^{3}}$g．cm^-3，
故答案為：12；$\frac{256}{{N}_{A}×（2\sqrt{2}r×1{0}^{-10}）^{3}}$．

點評 本題是對物質結構的考查，涉及核外電子排布、電離能、雜化方式判斷、化學計算、晶胞結構與計算等，推斷元素是解題關鍵，注意理解同周期元素中第一電離能異常情況，難度中等．