Question

2．原子序數(shù)X＜Y＜Z，X、Y、Z三種元素的基態(tài)原子具有相同的能層和能級，且I₁（X）＜I₁（Z）＜I₁（Y），其中基態(tài)Y原子的2p軌道處于半充滿狀態(tài)，X和Y形成的某晶體W的晶胞如圖1所示，已知其硬度超過了晶體硅，回答下列問題．

（1）X元素形成的化合物種類最多，且X元素能形成多種同素異形體，寫出X形成的一種屬于分子晶體的同素異形體的化學式C₆₀．
（2）Z元素與硅元素形成的化合物有晶體和非晶體兩種，區(qū)分晶體和非晶體最可靠的科學方法是對固體進行X-線折射實驗．
（3）寫出Y元素的名稱氮元素．
（4）晶體W的晶體類型是原子晶體，其硬度超過晶體硅的原因是C-N鍵的鍵長小于Si-Si鍵，且鍵能前者大．
（5）在晶體W中X元素的雜化類型是sp³（提示：X只有一種雜化方式），Y元素的雜化類型是sp³（提示：Y只有一種雜化方式）．
（6）Y與Al可形成一種超耐高溫、超抗沖擊的晶體，其晶胞如圖2所示，回答后面問題．
①該晶體的晶體類型可能是原子晶體．
②該晶體中包含的化學鍵類型有共價鍵．

Answer 1

分析 X、Y、Z三種元素的基態(tài)原子具有相同的能層和能級，應為同周期元素，且第一電離能：I₁（X）＜I₁（Z）＜I₁（Y），其中基態(tài)Y原子的2p軌道處于半充滿狀態(tài)，則Y是N元素，X的原子序數(shù)小于Y且其能層和能級相同，所以X是C元素，Z的原子序數(shù)大于Y，Z是O元素，
（1）C形成的同素異形體C₆₀屬于分子晶體；
（2）區(qū)分晶體和非晶體最可靠的科學方法是對固體進行X-線折射實驗；
（3）由以上分析可知Y為氮元素；
（4）W由C、N兩元素組成，為原子晶體，影響晶體的沸點高低的因素為共價鍵的鍵長；
（5）晶體中C原子與4個N原子成鍵，N原子與3個C原子成鍵，并用1個孤電子對，都為sp³雜化；
（6）①原子晶體具有超耐高溫、超抗沖擊性質(zhì)；
②原子晶體中的化學鍵類型為共價鍵．

解答 解：X、Y、Z三種元素的基態(tài)原子具有相同的能層和能級，應為同周期元素，且第一電離能：I₁（X）＜I₁（Z）＜I₁（Y），其中基態(tài)Y原子的2p軌道處于半充滿狀態(tài)，則Y是N元素，X的原子序數(shù)小于Y且其能層和能級相同，所以X是C元素，Z的原子序數(shù)大于Y，Z是O元素，
（1）C形成的同素異形體由金剛石、石墨、C₆₀等，屬于分子晶體的同素異形體為C₆₀，故答案為：C₆₀；
（2）區(qū)分晶體和非晶體最可靠的科學方法是對固體進行X-線折射實驗，故答案為：X-線折射；
（3）由以上分析可知Y為氮元素，故答案為：氮元素；
（4）W由C、N兩元素組成，硬度超過金剛石，則W為原子晶體，由于C-N鍵的鍵長小于C-C鍵，鍵能大于C-C鍵，則硬度超過金剛石，
故答案為：原子晶體；C-N鍵的鍵長小于C-C鍵，鍵能大于C-C鍵；
（5）晶體中C原子與4個N原子成鍵，N原子與3個C原子成鍵，并用1個孤電子對，都為sp³雜化，故答案為：sp³；sp³；
（6）①N與Al可形成一種超耐高溫、超抗沖擊的晶體，具有原子晶體的性質(zhì)，應為原子晶體，故答案為：原子晶體；
②原子晶體中的化學鍵類型為共價鍵，故答案為：共價鍵．

點評 本題考查了元素位置結(jié)構(gòu)的關系，為高考常見題型，側(cè)重于學生的分析能力的考查，正確推斷元素是解本題關鍵，涉及晶體、化學鍵以及雜化類型的判斷，難度中等．