Question

【化學--選修3：物質結構與性質】
已知X、Y和Z三種元素的原子序數之和等于48．X的一種1：2型氫化物分子中既有σ鍵又有π鍵，所有原子共平面．Z是金屬元素，Z的單質和化合物有廣泛的用途．已知Z的核電荷數小于28，且次外層有2個未成對電子．工業上利用ZO₂和碳酸鋇在熔融狀態下制化合物M（M可看做一種含氧酸鹽）．經X射線分析，M晶體的最小重復單元為正方體（如圖），頂點位置為Z⁴⁺所占，體心位置為Ba²⁺所占，所有棱心位置為O^2-所占．
（1）Y²⁺的結構示意圖

；Z的價層電子排布式為

3d²4s²

．
（2）X在該氫化物中以

sp²

方式雜化；X和Y形成的化合物YX₂的電子式為

．
（3）①制備M的化學反應方程式是

TiO₂+BaCO₃

高溫  .

BaTiO₃+CO₂↑

；
②在M晶體中，若將Z⁴⁺置于立方體的體心，Ba²⁺置于立方體的頂點，則O^2-處于立方體的

面心

；
③已知O^2-半徑為1.4×10^-10 m，Z⁴⁺的半徑為6.15×10^-11m，阿佛加德羅常數為N_A，則M的密度為

233g/mol

(4.03×10-8 cm)3NA

g?cm^-3．（不必化簡）

Answer 1

分析：X的一種1：2型氫化物分子中既有σ鍵又有π鍵，所有原子共平面，說明該氫化物中含有雙鍵或三鍵，氫化物中乙烯中含有σ鍵和π鍵，且是1：2型氫化物，所以x是C元素；Z是金屬元素，Z的單質和化合物有廣泛的用途，已知Z的核電荷數小于28，且次外層有2個未成對電子，所以Z是Ti元素；X、Y和Z三種元素的原子序數之和等于48，所以Y是Ca元素．
（1）鈣原子失去2電子生成鈣離子，改變的是核外電子數和電子層數，不變的是核內質子數；Ti元素是副族元素，其價電子是最外層電子和d能級上電子；
（2）根據乙烯分子中每個碳原子上含有的σ鍵個數與孤對電子個數之和判斷雜化方式；碳化鈣是離子化合物，根據離子化合物電子式的書寫規則書寫；
（3）①根據晶胞確定該化合物的化學式，所以高溫條件下，二氧化鈦和碳酸鋇反應生成BaTiO₃和CO₂；
②根據晶胞判斷該離子的位置；
③根據公式ρ=

M

VNA

計算其密度．

解答：解：X的一種1：2型氫化物分子中既有σ鍵又有π鍵，所有原子共平面，說明該氫化物中含有雙鍵或三鍵，氫化物中乙烯中含有σ鍵和π鍵，且是1：2型氫化物，所以x是C元素；Z是金屬元素，Z的單質和化合物有廣泛的用途，已知Z的核電荷數小于28，且次外層有2個未成對電子，所以Z是Ti元素；X、Y和Z三種元素的原子序數之和等于48，所以Y是Ca元素．
（1）鈣離子的結構示意圖為：；Ti元素是副族元素，其價電子是最外層電子和d能級上電子，所以Z的價層電子排布式為3d²4s²，故答案為：；3d²4s²；
（2）乙烯的結構為：，乙烯分子中每個碳原子含有3個σ鍵，所以采用sp²雜化；碳化鈣是離子化合物，但該化合物中既有離子鍵又有共價鍵，其電子式為：，故答案為：sp²；；
（3）①M的晶胞中Z⁴⁺個數為8×

1

8

=1，O^2-個數=12×

1

4

=3，Ba²⁺個數=1，所以該化合物的化學式為：BaTiO₃；高溫條件下，二氧化鈦和碳酸鋇反應生成BaTiO₃和CO₂，反應方程式為：
TiO₂+BaCO₃

高溫  .

BaTiO₃+CO₂↑，故答案為：TiO₂+BaCO₃

高溫  .

BaTiO₃+CO₂↑；
②根據晶胞知定O^2-處于立方體的面心，故答案為：面心．
 ③該立方體的棱長=1.4×10^-10 m×2+6.15×10^-11m×2=4.03×10^-10 m，
體積=（4.03×10^-10 m）³，則ρ=

M

VNA

=

233g/mol

(4.03×10-8 cm)3NA

，
故答案為：

233g/mol

(4.03×10-8 cm)3NA

．

點評：本題考查了雜化方式、離子結構示意圖、價電子排布式、電子式的書寫等知識點，難度不大，注意雜化方式的判斷是高考的熱點和學習的重點，會根據公式計算密度．