Question

【題目】主族元素W、X、Y、Z的原子序數依次增大，W原子最外層電子數是次外層的3倍，X，Y和Z分屬于不同的周期，它們的原子序數之和是W原子序數的5倍。在由元素W、X、Y、Z組成的所有二組分化合物中，由元素W、Y形成的化合物M的熔點最高。請回答下列問題：

（1）W原子L層電子排布式為__________________W3空間構形是__________________

（2）X單質與水反應的主要化學方程式______________________

（3）化合物M的化學式______________其晶體結構與NaCl相同，而熔點高于NaCl。M熔點較高的原因是__________________________。將一定是的化合物ZX負載在M上可制得ZX/M催化劑，用于催化碳酸二甲酯與月桂酸醇酯交換合成碳酸二月桂酯。在碳酸二甲酯分子中，碳原子采用的雜化方式有____________________，O-C-O的鍵角約__________

（4） X、Y、Z可形成立方晶體的化合物，其晶胞中X占有棱的中心，Y位于頂角，Z位于體心位置，則該晶體的組成為X:Y:Z=_________________。

（5）含有元素Z的鹽的焰色反應為________色，許多金屬鹽都可以發生焰色反應，其原因是___________________________________________

（6） ZnS在熒光體、光導體材料、涂料、顏料等行業中應用廣泛。立方ZnS晶體結構如下圖所示，其晶胞邊長為540.0 pm，密度為_________________________________________g·cm-3(列式并計算)，a位置S2-離子與b位置Zn2+離子之間的距離為____________pm。

Answer 1

【答案】2s22p4 V形 2F2+2H2O==4HF+O2 MgO 晶格能大 sp3和sp2 120° 3:1:1 紫 激發態的電子從能量高的軌道躍遷到能量低的軌道時，以一定的波長(可見光區域)光的形式釋放能量 gcm-3 或或

【解析】

主族元素W、X、Y、Z的原子序數依次增大，W的原子最外層電子數是次外層電子數的3倍，W原子只能有2個電子層，最外層電子數為6，則W為O元素．X、Y和Z分屬不同的周期，它們的原子序數之和是W原子序數的5倍，即三元素原子序數之和為40，X若為第三周期元素，X、Y、Z的原子序數之和大于W原子序數的5倍，所以可以斷定X也在第二周期，故X為F元素，則Y、Z原子序數之和=40-9=31，平均原子序數為15.5，可以推斷Y處于第三周期、Z處于第四周期，Z的原子序數大于18，若Y為Na元素，則Z為Ca元素，若Y為Mg元素，則Z為K元素，X的原子序數再增大，不符合題目中主族元素的要求，由于元素W與Y形成的化合物M的熔點最高，故Y為Mg元素，Z為K元素，化合物M為MgO

（1）W為O元素，原子的L層電子排布式為 2s22p4，O3分子中中心氧原子價層電子對數=2+=3、含有1對孤電子對，故O3空間構型為V形，故答案為2s22p4；V形；

（2）X單質為F2，與水發生反應：2F2+2H2O=4HF+O2，故答案為2F2+2H2O=4HF+O2；

（3）化合物M為MgO，屬于離子化合物，由于MgO晶體中離子的電荷多、離子半徑小，故MgO晶格能大，故MgO熔點較高；在碳酸二甲酯分子中-OCH3，C原子4個單鍵，采取sp3雜化，在酯基中，C原子成2個C-O單鍵、1個C=O雙鍵，雙鍵按單鍵計算，故中心C原子的雜化軌道數為3，采取sp2雜化，為平面正三角形，鍵角為120°，故O-C-O的鍵角約為120°，故答案為MgO；MgO晶格能比NaCl的大；sp2和sp3；120°；

（4）F、Mg、K形成立方晶體結構的化合物，晶胞中F占據所有棱的中心，晶胞中F原子數目為12×=3，Mg位于頂角，晶胞中Mg原子數目為8×=1，K處于體心位置，晶胞中含有1個K原子，則該晶體的組成為F：Mg：K=3：1：1，故答案為3：1：1；

（5）含有元素K的鹽的焰色反應為紫色，許多金屬鹽都可以發生焰色反應，其原因為：灼燒時電子從基態到激發態，激發態電子從能量較高的軌道躍遷到能量較低的軌道是，以一定波長光的形式釋放能量，從而出現不同的顏色，故答案為紫；灼燒時電子從基態到激發態，激發態電子從能量較高的軌道躍遷到能量較低的軌道是，以一定波長光的形式釋放能量；

（6）晶胞中含有白色球位于頂點和面心，共含有8×+6×=4，黑色球位于體心，共4個，則晶胞中平均含有4個ZnS，質量為4×(87÷6.02×1023)g，晶胞的體積為(540.0×10-10cm)3，則密度為gcm-3；

b位置黑色球與周圍4個白色球構成正四面體結構，黑色球與兩個白色球連線夾角為109°28′，a位置白色球與面心白色球距離為540.0pm×=270pm，設a位置S2-與b位置Zn2+之間的距離為y pm，由三角形中相鄰兩邊、夾角與第三邊關系：y2+y2-2y2cos109°28′=(270)2，解得y=，故答案為gcm-3；。

【點晴】

本題是對物質結構與性質的考查，涉及核外電子排布、分子結構與性質、晶體類型與性質、晶胞計算等。推斷元素是解題的關鍵，要充分利用原子序數的關系結合周期表的結構進行判斷元素。本題中晶胞計算需要學生具備一定的空間想象與數學計算能力，難度較大。第（6）小題的思維過程如下：在此晶胞中有Zn2+為4個、S2-為8×+6×=4個，所以1 mol晶胞的質量為(65+32)×4＝388 g，一個晶胞的質量為，一個晶胞的體積為V＝(540×10-10cm)3，根據即可計算；b點(Zn2+)在由A、H、C、D四點構成的正四面體的中心，所以∠ABH＝109°28′。

如圖所示，連結AH、EH，求得，作BG垂直于AH，，，通過三角函數即可求出。