Question

14．元素周期表的排列和分區(qū)與元素基態(tài)原子核外電子的排布息息相關，請據此回答下列問題：
（1）根據原子結構和元素周期表的關系，第七周期0族的原子序數為8．
（2）X和Y均為第2周期p區(qū)元素，其原子的第一電離能數值按從大到小的順序在同周期元素中處于第三位和第七位．
①晶體Y的結構單元是由Y原子組成的正二十面體（如圖所示），其中有20個等邊三角形的面和一定數目的頂點，每個頂點各有一個Y原子，故此基本結構單元是由12個Y原子構成，共含有30個Y-Y鍵．
②若將一個正二十面體中的每一個頂點削去，可獲得只由正六邊形和正五邊形構成的多面體．若多面體的每一個頂點均為碳原子，可得到一個C₆₀分子的結構模型．則1molC₆₀分子中含有a鍵的數目為90N_A，C₆₀晶體采取面心立方最密堆積，故其配位數為12．
③X和Y可形成多種類型的結構．下列說法正確的是ab．
a、六方“類石墨”YX晶體可做高溫潤滑劑
b、立方“類金剛石”YX晶體是超硬材料，有優(yōu)異的耐磨性
c、立方“類金剛石”YX晶體中，Y原子的雜化軌道類型為sp²
（3）Z為第4周期d區(qū)元素，最高價為+7價，M和Z是同周期的元素，具有相同的最高化合價．
①寫出Z的基態(tài)原子價層電子排布式3d⁵4s²．
②酸性強弱：HMO＜HMO₂，原因是HMO₂中非羥基氧原子數目比HMO的多．
③Z元素可參與形成準晶體．準晶體是一種無平移周期序，但有嚴格準周期位置序的獨特晶體，可通過X-射線衍射實驗區(qū)分晶體、準晶體和非晶體．
④晶體Z可形成體心立方晶胞，若晶胞中距離最近的Z原子核間距離為apm，則Z晶體的密度為$\frac{165\sqrt{3}×1{0}^{30}}{4{a}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3．

Answer 1

分析 （1）根據各周期容納元素種數計算；
（2）同周期中稀有氣體第一電離能最大，其它元素隨原子序數最大元素第一電離能呈增大趨勢，但ⅡA族、ⅤA族最高能級分別為全滿、半滿穩(wěn)定狀態(tài)，第一電離能高于同周期相鄰元素的，故第二周期中第一電離能順序為：Ne＞F＞N＞O＞C＞Be＞B＞Li，X和Y均為第2周期p區(qū)元素，其原子的第一電離能數值按從大到小的順序在同周期元素中處于第三位和第七位，則X為N元素、Y為B元素；
①每個三角形含有3個Y原子，每個Y原子為5個三角形共用，每個三角形含有3個Y-Y鍵，而每個Y-Y鍵為2個三角形共用，利用均攤法計算；
②若將一個正二十面體中的每一個頂點削去，可獲得只由正六邊形和正五邊形構成的多面體．若多面體的每一個頂點均為碳原子，則每個碳原子形成3個碳碳σ鍵，每個碳碳σ鍵為1個碳原子提供$\frac{1}{2}$，利用均攤法計算1molC₆₀分子中含有σ鍵的數目；
C₆₀晶體采取面心立方最密堆積，以頂點C₆₀研究，與之相鄰的C₆₀處于面心，每個頂點為8個晶胞共用，而每個面為2個晶胞共用；
③a．六方“類石墨”YX晶體，層間為分子間作用力，作用力��；
b．立方“類金剛石”YX晶體，為空間網狀結構，屬于原子晶體；
c．立方“類金剛石”BN晶體中，B原子形成4個B-N鍵（含有1個配位鍵），雜化軌道數目為4；
（3）Z為第4周期d區(qū)元素，最高價為+7價，則Z為Mn元素，M和Z是同周期的元素，具有相同的最高化合價，則M為Br；
①Z處于的第四周期第ⅦB族；
②非羥基氧數目越多，酸性越強；
③通過X-射線衍射實驗區(qū)分晶體、準晶體和非晶體．
④晶體Z可形成體心立方晶胞，體對角線上3個Z原子相鄰，若晶胞中距離最近的Z原子核間距離為apm，則體對角線長度為2a pm，故晶胞棱長為$\frac{2a}{\sqrt{3}}$pm，根據均攤法計算晶胞中Z原子數目，表示出晶胞質量，再根據ρ=$\frac{m}{V}$計算Z晶體的密度．

解答 解：（1）He的原子序數為2，根據各周期容納元素種數，可知第七周期0族的原子序數為2+8+8+18+18+32+32=118，
故答案為：118；
（2）同周期中稀有氣體第一電離能最大，其它元素隨原子序數最大元素第一電離能呈增大趨勢，但ⅡA族、ⅤA族最高能級分別為全滿、半滿穩(wěn)定狀態(tài)，第一電離能高于同周期相鄰元素的，故第二周期中第一電離能順序為：Ne＞F＞N＞O＞C＞Be＞B＞Li，X和Y均為第2周期p區(qū)元素，其原子的第一電離能數值按從大到小的順序在同周期元素中處于第三位和第七位，則X為N元素、Y為B元素，．
①每個三角形含有3個Y原子，每個Y原子為5個三角形共用，則含有Y原子數目為$\frac{20×3}{5}$=12，
每個三角形含有3個Y-Y鍵，而每個Y-Y鍵為2個三角形共用，含有Y-Y鍵數目為$\frac{20×3}{2}$=30，
故答案為：12；30；
②若將一個正二十面體中的每一個頂點削去，可獲得只由正六邊形和正五邊形構成的多面體．若多面體的每一個頂點均為碳原子，每個碳原子為1個五邊形、2個六邊形共用，則每個碳原子形成3個碳碳σ鍵，每個碳碳σ鍵為1個碳原子提供$\frac{1}{2}$，故1molC₆₀分子中含有σ鍵為$\frac{60×3}{2}$mol=90mol，即含有90N_A 個σ鍵，
故C₆₀晶體采取面心立方最密堆積，以頂點C₆₀研究，與之相鄰的C₆₀處于面心，每個頂點為8個晶胞共用，而每個面為2個晶胞共用，則其配位數為$\frac{3×8}{2}$=12，
故答案為：90N_A；12；
③a．六方“類石墨”YX晶體，層間為分子間作用力，作用力小，質地軟，可做高溫潤滑劑，故a正確；
b．立方“類金剛石”YX晶體，為空間網狀結構，屬于原子晶體，超硬材料，有優(yōu)異的耐磨性，故b正確；
c．立方“類金剛石”BN晶體中，B原子形成4個B-N鍵（含有1個配位鍵），雜化軌道數目為4，B原子采取sp³雜化，故c錯誤，
故答案為：ab；
（3）Z為第4周期d區(qū)元素，最高價為+7價，則Z為Mn元素，M和Z是同周期的元素，具有相同的最高化合價，則M為Br；
①Z處于的第四周期第ⅦB族，價電子排布式為3d⁵4s²，故答案為：3d⁵4s²；
②HMO₂中非羥基氧原子數目比HMO的多，故酸性HMO＜HMO₂，故答案為：＜；HMO₂中非羥基氧原子數目比HMO的多；
③通過X-射線衍射實驗區(qū)分晶體、準晶體和非晶體，故答案為：X-射線衍射實驗；
④晶體Z可形成體心立方晶胞，體對角線上3個Z原子相鄰，若晶胞中距離最近的Z原子核間距離為a pm，則體對角線長度為2a pm，故晶胞棱長為$\frac{2a}{\sqrt{3}}$pm，晶胞中Mn原子數目為8×$\frac{1}{8}$+1=2，則晶胞質量為2×$\frac{55}{{N}_{A}}$g，故晶體的密度為2×$\frac{55}{{N}_{A}}$g÷（$\frac{2a}{\sqrt{3}}$×10^-10 cm）³=$\frac{165\sqrt{3}×1{0}^{30}}{4{a}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3，
故答案為：$\frac{165\sqrt{3}×1{0}^{30}}{4{a}^{3}{N}_{A}}$．

點評 本題是對物質結構與性質的考查，涉及元素周期表、電離能、核外電子排布、雜化方式、晶體類型與性質、晶胞計算等，側重晶胞計算的考查，需要學生具備一定的空間想象與數學計算能力，難度較大，屬于易錯題目．