Question

[化學選修3：物質結構與性質]
Q、R、X、Y、Z為周期表前四周期元素，原子序數依次遞增．已知：
①Q為元素周期表中原子半徑最小的元素；
②R的基態原子中電子占據三種能量不同的原子軌道，且每種軌道中的電子總數相同；
③Y的基態原子的核外成對電子數是未成對電子數的3倍；
④Q、R、Y三種元素組成的一種化合物M是新裝修居室中常含有的一種有害氣體，Q、R兩種元素組成的原子個數比為1：1的化合物N是中學化學中常見的有機溶劑；
⑤Z有“生物金屬”之稱，Z⁴⁺離子和氬原子的核外電子排布相同．
請回答下列問題（答題時，Q、R、X、Y、Z用所對應的元素符號表示）
（1）化合物M的空間構型為

平面三角形

，其中心原子采取

sp²

雜化；化合物N在固態時的晶體類型為

分子晶體

．
（2）R、X、Y三種元素的第一電離能由小到大的順序為

C＜O＜N

；
（3）由上述一種或多種元素組成的與RY₂互為等電子體的分子為

N₂O

（寫分子式）
（4）由R、X、Y三種元素組成的RXY^-離子在酸性條件下可與NaClO溶液反應，生成X₂、RY₂等物質．該反應的離子方程式為

2CNO^-+2H⁺+3ClO^-═N₂↑+2CO₂↑+3C1^-+H₂O

．
（5）Z原子基態時的外圍電子排布式為

3d²4s²

；Z的一種含氧酸鋇鹽的晶胞結構如圖所示，晶體內與每個Z原子等距離且最近的氧原子數為

6

．

Answer 1

分析：根據前四周期元素，原子序數依次遞增，Q為元素周期表中原子半徑最小的元素則Q為氫元素；R的基態原子中電子占據三種能量不同的原子軌道，且每種軌道中的電子總數相同則R的電子排布為1S²2S²2P²，即R為碳元素；Y的基態原子的核外成對電子數是未成對電子數的3倍，則Y的電子排布為1S²2S²2P⁴，即Y為氧元素；R、X、Y的原子序數依次遞增，即X為N元素，然后推出則M為甲醛，N為苯，再由Z⁴⁺離子和氬原子的核外電子排布相同，則Z的原子序數為22，即Z為鈦元素；
（1）根據孤電子對數和σ鍵數來分析雜化，利用構成晶體的微粒來分析晶體類型；
（2）根據元素的非金屬性及電子的排布來分析元素的第一電離能；
（3）根據等電子體中的原子數和價電子數來分析；
（4）根據反應物和生成物來分析離子反應方程式；
（5）利用原子序數來分析電子排布，再利用晶體的結構來分析晶體內與每個Z原子等距離且最近的氧原子的位置．

解答：解：由信息可知，Q為氫元素，R為碳元素，X為N元素，Y為氧元素，Z為鈦元素，M為甲醛，N為苯；
（1）化合物M為甲醛，碳原子的孤電子對數為0，碳原子的σ鍵數為3，則碳原子采取sp²雜化，空間結構為平面三角形，化合物N為苯，是由碳、氫元素組成的化合物，苯是由苯分子直接構成的，則N在固態時的晶體類型為分子晶體，故答案為：平面三角形；sp²；分子晶體；
（2）R、X、Y三種元素的分別為C、N、O，非金屬性越強則元素的第一電離能越大，但N原子的電子排布中P軌道半滿，則失去1個電子更難，即三種元素中N元素的第一電離能最大，
故答案為：C＜O＜N；
（3）RY₂為CO₂，分子中有3個原子，價電子數為4+6×2=16，N₂O的分子中有3個原子，價電子數為5×2+6=16，則CO₂與N₂O互為等電子體，故答案為：N₂O；
（4）由RXY^-離子在酸性條件下可與NaClO溶液反應，生成X₂、RY₂等物質，由反應物與生成物，利用元素守恒、電荷守恒，則離子方程式為2CNO^-+2H⁺+3ClO^-═N₂↑+2CO₂↑+3C1^-+H₂O，
故答案為：2CNO^-+2H⁺+3ClO^-═N₂↑+2CO₂↑+3C1^-+H₂O；
（5）因Z⁴⁺離子和氬原子的核外電子排布相同，則Z的原子序數為22，即Z為鈦元素，其電子基態電子排布為1S²2S²2P⁶3S²3P⁶3d²4s²，電子最后填充3d電子，則外圍電子排布為
3d²4s²，由晶體結構圖可知，晶體內與每個Z原子等距離且最近的氧原子在棱的位置，則氧原子數為

1×3×8

4

=6，故答案為：3d²4s²；6．

點評：本題考查原子結構與性質，明確元素的位置、結構、性質是解答的關鍵，電子排布式、雜化類型、晶體類型、性質的比較是高考中常考的考點，N原子的第一電離能比O原子的大是學生解答的難度．