Question

【化學–選修3：物質結構與性質】（15分）
X、Y、Z、W四種元素原子序數依次增大且均小于36。 Z基態原子最外層電子數是其內層電子總數的3倍，Y基態原子是同周期元素中未成對電子數最多的原子，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－性質相似，請寫出Mg(YX₂)₂在一定條件下分解的化學反應方程式
⑵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51 kJ/mol，除氫鍵外，X₂Z分子間還存在范德華力（11 kJ/mol），則X₂Z晶體中氫鍵的“鍵能”是     kJ/mol。
⑶ WZ是一種功能材料，已被廣泛用于電池電極、催化劑、半導體、玻璃染色劑等方面。工業上常以W(YZ₃)₂·6X₂Z和尿素［CO(NH₂)₂］為原料制備。
①W²⁺的基態核外電子排布式為                  ，其核外電子有      種運動狀態。
②尿素分子中碳原子的雜化方式為        ，1 mol尿素分子中含有的σ鍵數為      。
③YZ₃^－的空間構型             。
④WZ晶體的結構與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。其結果晶體仍呈電中性，但化合物中W和Z的比值卻發生了變化。經測定某樣品中W³⁺與W²⁺的離子數之比為6∶91。若該晶體的化學式為W_xZ，則x=       。

 

Answer 1

（15分）（1）3 Mg(NH₂)₂==Mg₃N₂+4NH₃↑　（2分）
（2） 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（2分）
 ×10¹⁰（2分）    20（1分）
（3）①1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸（2分） 26 （1分）
②sp²雜化（1分）  7N_A（1分） ③平面三角（1分） ④0.97 （2分）

解析試題分析：Z基態原子最外層電子數是其內層電子總數的3倍，根據元素原子的最外層不超過8電子的排布規律判斷，Z的內層只能是2個電子，最外層為6個電子，所以Z是O元素；Y基態原子是同周期元素中未成對電子數最多的原子，則Y是第二周期元素，其最外層的p軌道最多有3個未成對電子，所以Y是N元素；X分別與Y、Z元素組合均可形成10電子微粒, 水、氨氣的分子中是10電子，所以X是H元素；W基態原子有10個價電子，則W是過渡元素，價層電子排布式為3d⁸4s²，所以W是Ni元素。根據分析
（1）Mg(YX₂)₂相當于Mg（OH）₂，分解生成MgO和H₂O，所以Mg(YX₂)₂分解生成Mg₃N₂和4_NH3，化學方程式為3 Mg(NH₂)₂==Mg₃N₂+4NH₃↑；
（2）0℃時H₂O為固態，水中的O和金剛石中的C都是sp³雜化，且水分子間能形成氫鍵，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，所以冰的空間排列方式與金剛石晶胞類似；
兩個X₂Z分子間的最近距離的計算與金剛石中C與C原子的最近距離的計算相同，冰晶胞中共含8個水分子，2個水分子最近的距離是四面體的中心到頂點的距離，即為晶胞棱長的，設晶胞棱長是bpm，則晶胞的密度a=8×18/N_A/(b×10^-10)³,b=×10¹⁰,所以兩個X₂Z分子間的最近距離為×10¹⁰；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”是20kJ/mol；
（3）①Ni²⁺核外有26個電子，所以離子的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸；有26個電子就有26種運動狀態；
②尿素分子中碳原子周圍有3個σ鍵，無孤對電子，所以是sp²雜化；尿素分子中除碳氧是雙鍵外其余均是單鍵，雙鍵中有1個是σ鍵，所以1 mol尿素分子中含有的σ鍵數為7N_A；
③NO₃^-的價層電子對數=3+1/2(5+1-3×2)=3,所以NO₃^-的空間構型是平面正三角形；
④NiO中Ni的化合價為+2價，樣品中W³⁺與W²⁺的離子數之比為6∶91，若該晶體的化學式為W_xZ，根據晶體仍呈電中性，得6/97×x×3+91/97×x×2=2，解得x=0.97.
考點：考查元素推斷，物質結構與性質的應用，晶胞的計算，化學式的判斷，類推法的應用