Question

【題目】主族元素W、X、Y、Z的原子序數(shù)依次增大，W原子最外層電子數(shù)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(shù)之和是W原子序數(shù)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(diǎn)最高。請(qǐng)回答下列問題：

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

（2）X單質(zhì)與水反應(yīng)的主要化學(xué)方程式______________________

（3）化合物M的化學(xué)式______________其晶體結(jié)構(gòu)與NaCl相同，而熔點(diǎn)高于NaCl。M熔點(diǎn)較高的原因是__________________________。將一定是的化合物ZX負(fù)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(yīng)為________色，許多金屬鹽都可以發(fā)生焰色反應(yīng)，其原因是___________________________________________

（6） ZnS在熒光體、光導(dǎo)體材料、涂料、顏料等行業(yè)中應(yīng)用廣泛。立方ZnS晶體結(jié)構(gòu)如下圖所示，其晶胞邊長(zhǎng)為540.0 pm，密度為_________________________________________g·cm-3(列式并計(jì)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(fā)態(tài)的電子從能量高的軌道躍遷到能量低的軌道時(shí)，以一定的波長(zhǎng)(可見光區(qū)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(shù)依次增大，W的原子最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)的3倍，W原子只能有2個(gè)電子層，最外層電子數(shù)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(shù)之和是W原子序數(shù)的5倍，即三元素原子序數(shù)之和為40，X若為第三周期元素，X、Y、Z的原子序數(shù)之和大于W原子序數(shù)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(shù)之和=40-9=31，平均原子序數(shù)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(shù)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(shù)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(diǎn)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(jià)層電子對(duì)數(shù)=2+=3、含有1對(duì)孤電子對(duì)，故O3空間構(gòu)型為V形，故答案為2s22p4；V形；

（2）X單質(zhì)為F2，與水發(fā)生反應(yīng)：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(diǎn)較高；在碳酸二甲酯分子中-OCH3，C原子4個(gè)單鍵，采取sp3雜化，在酯基中，C原子成2個(gè)C-O單鍵、1個(gè)C=O雙鍵，雙鍵按單鍵計(jì)算，故中心C原子的雜化軌道數(shù)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(jié)構(gòu)的化合物，晶胞中F占據(jù)所有棱的中心，晶胞中F原子數(shù)目為12×=3，Mg位于頂角，晶胞中Mg原子數(shù)目為8×=1，K處于體心位置，晶胞中含有1個(gè)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(yīng)為紫色，許多金屬鹽都可以發(fā)生焰色反應(yīng)，其原因?yàn)椋鹤茻龝r(shí)電子從基態(tài)到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)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(zhǎng)光的形式釋放能量，從而出現(xiàn)不同的顏色，故答案為紫；灼燒時(shí)電子從基態(tài)到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)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(zhǎng)光的形式釋放能量；

（6）晶胞中含有白色球位于頂點(diǎn)和面心，共含有8×+6×=4，黑色球位于體心，共4個(gè)，則晶胞中平均含有4個(gè)ZnS，質(zhì)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(gè)白色球構(gòu)成正四面體結(jié)構(gòu)，黑色球與兩個(gè)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(shè)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(guān)系：y2+y2-2y2cos109°28′=(270)2，解得y=，故答案為gcm-3；。

【點(diǎn)晴】

本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及核外電子排布、分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、晶體類型與性質(zhì)、晶胞計(jì)算等。推斷元素是解題的關(guān)鍵，要充分利用原子序數(shù)的關(guān)系結(jié)合周期表的結(jié)構(gòu)進(jìn)行判斷元素。本題中晶胞計(jì)算需要學(xué)生具備一定的空間想象與數(shù)學(xué)計(jì)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(gè)、S2-為8×+6×=4個(gè)，所以1 mol晶胞的質(zhì)量為(65+32)×4＝388 g，一個(gè)晶胞的質(zhì)量為，一個(gè)晶胞的體積為V＝(540×10-10cm)3，根據(jù)即可計(jì)算；b點(diǎn)(Zn2+)在由A、H、C、D四點(diǎn)構(gòu)成的正四面體的中心，所以∠ABH＝109°28′。

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