Question

有X、Y、Z、W四種元素，原子序數依次減小．已知X是第四周期的主族元素，其部分電離能如圖甲所示；X、Y元素具有相同的最高正化合價；Z 原子p軌道共有3個電子；W原子價電子排布式為nsⁿnpⁿ．
請回答下列問題：
（1）X原子的電子排布式為

 

．
（2）第一電離能：X

 

Y（選填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）元素W的一種氫化物（化學式為W₂H₄）是重要的化工原料．有關W₂H₄分子的說法正確的是

 

（填字母）．
A．分子中含有氫鍵              B．屬于非極性分子
C．含有4個σ鍵和1個π鍵          D．W的原子與氫原子形成的化學鍵可以自由旋轉
（4）X的氧化物與鈦（Ti）的氧化物相互作用，能形成鈦酸鹽，其晶胞（晶體中最基本的重復單元）示意圖如圖乙所示．（X、Ti和O三種元素對應的離子分別位于立方體的體心、頂點和面心）．該晶體中，鈦離子和周圍

 

（填數字）個氧離子相緊鄰；已知該晶體的密度為ρ g/cm³，阿伏加德羅常數為N_A，則晶胞中兩個Ti原子的最近距離為

 

cm．
（5）Z的氣態氫化物分子中Z原子采用

 

雜化；已知NH₄Cl晶體中含有多種化學鍵，其中一定不含有的化學鍵是

 

（填字母）．
A．離子鍵   B．非極性鍵C．配位鍵    D．極性鍵      E．金屬鍵．

Answer 1

分析：X、Y、Z、W四種元素，原子序數依次減小．X是第四周期的主族元素，由圖中其部分電離能可知，其第三電離能劇增，則X表現+2價，則處于ⅡA組，故X為Ca；W原子價電子排布式為nsⁿnpⁿ，s能級只能容納2個電子，則n=2，其價電子排布式為2s²2p²，則W為碳元素；X、Y元素具有相同的最高正化合價，處于同主族，Y的原子序數大于碳元素，則Y為Mg；Z 原子p軌道共有3個電子，原子價電子排布式為ns²np³，處于ⅤA族，原子序數大于Mg，則Z為磷元素，據此解答．

解答：解：X、Y、Z、W四種元素，原子序數依次減小．X是第四周期的主族元素，由圖中其部分電離能可知，其第三電離能劇增，則X表現+2價，則處于ⅡA組，故X為Ca；W原子價電子排布式為nsⁿnpⁿ，s能級只能容納2個電子，則n=2，其價電子排布式為2s²2p²，則W為碳元素；X、Y元素具有相同的最高正化合價，處于同主族，Y的原子序數大于碳元素，則Y為Mg；Z 原子p軌道共有3個電子，原子價電子排布式為ns²np³，處于ⅤA族，原子序數大于Mg，則Z為磷元素，
（1）X為Ca，原子核外電子數為20，其原子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²；
（2）同主族自上而下第一電離能減小，故第一電離能：Ca＜Mg，
故答案為：＜；
（3）C元素的一種氫化物C₂H₄，分子中不含氫鍵，分子中C原子之間形成C=C雙鍵、H原子與C原子之間形成C-H，為平面對稱結構，屬于非極性分子，含有5個σ鍵和1個π鍵，C-H單鍵可以自由旋轉，故AC錯誤、BD正確，
故答案為：BD；
（4）Ca的氧化物與鈦（Ti）的氧化物相互作用，能形成鈦酸鹽，Ca、Ti和O三種元素對應的離子分別位于晶胞立方體的體心、頂點和面心，以定點的Ti離子研究，與之最近的氧離子位于面心上，每個Ti離子為12個面共用，則鈦離子和周圍12個氧離子相緊鄰；
晶胞中兩個Ti原子的最近距離為晶胞棱長，晶胞中Ca離子數目=1，Ti離子數目=8×

1

8

=1，O離子數目=6×

1

2

=3，則晶胞質量=

40+48+16×3

NA

g=

136

NA

g，晶胞體積=

136 NA g

ρ g/cm3

=

136

ρNA

cm³，故兩個Ti原子的最近距離=

3	136 ρNA

cm，
故答案為：12；

3	136 ρNA

；
（5）O的氣態氫化物分子為PH₃，P原子成3個P-H鍵、含有1對孤對電子，其雜化軌道數目為4，P原子采取sp³雜化，NH₄Cl晶體中含有離子鍵、極性鍵、配位鍵，不含非極性鍵、金屬鍵，
故答案為：sp³；BE．

點評：本題考查物質結構與性質，涉及核外電子排布、電離能、化學鍵、晶胞計算等，難度中等，注意理解電離能與化合價關系，（4）注意利用均攤法進行晶胞計算，對學生的空間想象與數學計算有一定的要求．