Question

X、Y、Z、W四種元素原子序數(shù)依次增大且均小于36． Z基態(tài)原子最外層電子數(shù)是其內(nèi)層電子總數(shù)的3倍，Y基態(tài)原子是同周期元素中未成對電子數(shù)最多的原子，X分別與Y、Z元素組合均可形成10電子微粒，W基態(tài)原子有10個價電子．回答下列問題（以下問題均以推知元素符號作答）：
（1）若 YX₃與X₂Z﹑YX₂^-與ZX^-﹑Y^3-與Z^2-性質(zhì)相似，請寫出Mg（YX₂）₂在一定條件下分解的化學(xué)反應(yīng)方程式

 

（2）已知0℃時X₂Z的密度為a g/cm³，其晶胞中X₂Z分子的空間排列方式與金剛石晶胞類似，相似的原因是

 

．兩個X₂Z分子間的最近距離為

 

pm（用a和N_A表示）．已知X₂Y的升華熱是51kJ/mol，除氫鍵外，X₂Z分子間還存在范德華力（11kJ/mol），則X₂Z晶體中氫鍵的“鍵能”是

 

kJ/mol．
（3）WZ是一種功能材料，已被廣泛用于電池電極、催化劑、半導(dǎo)體、玻璃染色劑等方面．工業(yè)上常以W（YZ₃）₂?6X₂Z和尿素[CO（NH₂）₂]為原料制備．
①W²⁺的基態(tài)核外電子排布式為

 

，其核外電子有

 

種運(yùn)動狀態(tài)．
②尿素分子中碳原子的雜化方式為

 

，1mol尿素分子中含有的σ鍵數(shù)為

 

．
③YZ₃^-的空間構(gòu)型

 

．
④WZ晶體的結(jié)構(gòu)與NaCl相同，但天然的和絕大部分人工制備的晶體都存在各種缺陷，例如在某種WZ晶體中就存在如圖所示的缺陷：一個W²⁺空缺，另有兩個W²⁺被兩個W³⁺所取代．其結(jié)果晶體仍呈電中性，但化合物中W和Z的比值卻發(fā)生了變化．經(jīng)測定某樣品中W³⁺與W²⁺的離子數(shù)之比為6：91．若該晶體的化學(xué)式為W_xZ，則x=

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：晶胞的計(jì)算,原子核外電子排布,位置結(jié)構(gòu)性質(zhì)的相互關(guān)系應(yīng)用

專題：元素周期律與元素周期表專題,化學(xué)鍵與晶體結(jié)構(gòu)

分析：X、Y、Z、W四種元素原子序數(shù)依次增大且均小于36． Z基態(tài)原子最外層電子數(shù)是其內(nèi)層電子總數(shù)的3倍，只能有2個電子層，最外層電子數(shù)為6，則Z為O元素；Y原子序數(shù)小于O元素，其基態(tài)原子是同周期元素中未成對電子數(shù)最多的原子，處于ⅤA族，故Y為N元素；X分別與N、O元素組合均可形成10電子微粒，則X為H元素；W基態(tài)原子有10個價電子，為過渡元素，外圍電子排布式為3d⁸4s²，故W為Ni，據(jù)此解答．

解答： 解：X、Y、Z、W四種元素原子序數(shù)依次增大且均小于36． Z基態(tài)原子最外層電子數(shù)是其內(nèi)層電子總數(shù)的3倍，只能有2個電子層，最外層電子數(shù)為6，則Z為O元素；Y原子序數(shù)小于O元素，其基態(tài)原子是同周期元素中未成對電子數(shù)最多的原子，處于ⅤA族，故Y為N元素；X分別與N、O元素組合均可形成10電子微粒，則X為H元素；W基態(tài)原子有10個價電子，為過渡元素，外圍電子排布式為3d⁸4s²，故W為Ni，
（1）若 NH₃與H₂O﹑NH₂^-與OH^-﹑N^3-與O^2-性質(zhì)相似，則Mg（NH₂）₂與氫氧化鎂性質(zhì)相似，一定條件下分解生成Mg₃N₂、NH₃，化學(xué)反應(yīng)方程式為：3 Mg（NH₂）₂═Mg₃N₂+4NH₃↑，
故答案為：3 Mg（NH₂）₂═Mg₃N₂+4NH₃↑；
（2）已知0℃時H₂O的密度為a g/cm³，其晶胞中H₂O分子的空間排列方式與金剛石晶胞類似，相似的原因是：水中的O和金剛石中的C都是sp³雜化，且水分子間的氫鍵具有方向性，每個水分子可與相鄰的4個水分子形成氫鍵；
晶胞中水分子位于頂點(diǎn)、面心上，晶胞內(nèi)部還有4個水分子，故晶胞中水分子數(shù)目=4+8×

1

8

+6×

1

2

=8，則晶胞質(zhì)量=

8×18

NA

g，晶胞棱長=

3	8×18 NA g ag/cm3

=

3	144 aNA

cm，內(nèi)部1個水分子與1個頂點(diǎn)水分子以及該頂點(diǎn)所在3個面的面心中水分子構(gòu)成正四面體，則正四面體的棱長=

2

×

3	144 aNA

cm×

1

2

=

2

2

×

3	144 aNA

cm，令正四面體體心水分子到頂點(diǎn)距離為y，即水分子分子之間的距離y，到底面的距離為b，正四面體可以分成相同的4個四面體（由體心水分子與3個頂點(diǎn)水分子構(gòu)成），則

1

3

πS（y+b）=4×

1

3

×πSb，故y=3b，假設(shè)棱長

2

2

×

3	144 aNA

為n，底面中心到頂點(diǎn)距離=

3

2

n cm×

2

3

=

3

3

n cm，故（

3

3

n）²+（4b）²=n²，解得b=

6

12

n，故y=3b=3×

6

12

×

2

2

×

3	144 aNA

cm=

3

4

×

3	144 aNA

cm；
冰的升華熱是51kJ/mol，水分子間還存在范德華力（11kJ/mol），1mol水中含有2mol氫鍵，升華熱=范德華力+氫鍵，所以冰晶體中氫鍵的“鍵能”=

1

2

×（51kJ/mol-11kJ/mol）=20kJ/mol，
故答案為：水中的O和金剛石中的C都是sp³雜化，且水分子間的氫鍵具有方向性，每個水分子可與相鄰的4個水分子形成氫鍵；

3

4

×

3	144 aNA

；20；
（3）①Ni是28號元素，根據(jù)原子核外電子排布規(guī)律可知，Ni²⁺的基態(tài)核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸，每個電子運(yùn)動狀態(tài)都不相同，核外電子有26種運(yùn)動狀態(tài)
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸；26；
②尿素分子的結(jié)構(gòu)簡式為，所以尿素分子中碳原子的雜化方式為sp²雜化，每個分子中含有7個σ鍵，所以1mol尿素中含有7molσ鍵，含有的σ鍵數(shù)為7×6.02×10²³，
故答案為：sp²；7×6.02×10²³；
③NO₃^-中N原子孤電子對=

5+1-2×3

2

=0、價層電子對數(shù)=0+3=3，其空間構(gòu)型平面正三角形，
故答案為：平面正三角形；
④因?yàn)檠趸�鎳樣品中Ni³⁺與Ni²⁺的離子數(shù)之比為6：91，所以鎳元素的平均價為

6×3+91×2

6+91

=

200

97

根據(jù)化合物化合價代數(shù)各為零，得

200

97

x=2，則x=0.97，
故答案為：0.97．

點(diǎn)評：本題是對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的考查，涉及晶胞計(jì)算、核外電子排布、雜化軌道、微粒結(jié)構(gòu)、氫鍵等知識點(diǎn)，側(cè)重對晶胞計(jì)算的考查，需要學(xué)生具有一定的空間想象與數(shù)學(xué)運(yùn)算能力，注意熟記中學(xué)常見晶體結(jié)構(gòu)，難度較大．