Question

(15分)X、Y、Z、W為前四周期的元素，其原子序數依次增大。Y元素最外層電子數是其內層電子數的3倍。X與Y形成的常見化合物多于兩種。Z與Y、W分處不同周期，且Z的離子是構成葉綠素中重要大環有機物的中心離子。W被稱為繼鐵、鋁之后的第三金屬。請根據上述信息回答下列問題：
（1）請畫出X基態原子價電子的電子排布圖：                   。
（2）X、Y、Z三種元素第一電離能由大到小順序是：                (寫元素符號)。
（3）X最高價氧化物對應水化物中X的雜化方式是：            。
（4）X氣態氫化物分子的空間構型為：        ，X的氣態氫化物與Y的氣態氫化    物比較沸點高的是:         (寫分子式)，鍵角較大的是          (寫分子式)。
（5）W晶體的晶胞如圖所示，其配位數為：          。假設該晶胞中的鈦原子的直徑為a pm， N_a為阿伏伽德羅常數，請列式表示該晶體的密度為               g/cm³。

Answer 1

 
⑴                    (2’)
⑵N＞O＞Mg(2’)
⑶sp²(1’)
⑷三角錐形，H₂O，NH₃(各2’)
⑸12(2’)， (2’)

試題分析：X、Y、Z、W為前四周期的元素，其原子序數依次增大，Y元素最外層電子數是其內層電子數的3倍，則Y為O元素，X與Y形成的常見化合物多于兩種，則X為N元素，Z的離子是構成葉綠素中重要大環有機物的中心離子，Z為Mg元素，W被稱為繼鐵、鋁之后的第三金屬，則W為Ti元素。
（1）x為N元素，基態原子價電子為2s²2p³，所以電子排布圖為：

（2）N元素基態原子2p軌道排布了3個電子，半充滿，為穩定狀態，則N元素的第一電離能大于O元素的第一電離能，所以X、Y、Z三種元素第一電離能由大到小順序是：N＞O＞Mg
（3）X最高價氧化物對應水化物為HNO₃，N原子形成了3個σ鍵，不含孤對電子，所以N原子的雜化方式為sp²雜化。
（4）X氣態氫化物為NH₃，NH₃分子的空間構型為三角錐形；NH₃在常溫下為氣體，Y的氣態氫化物為H₂O，沸點為100℃，所以H₂O的沸點更高；NH₃中N原子和H₂O中O原子都是sp³雜化，N原子有一對孤對電子，O原子有二對孤對電子，對成鍵電子對的排斥作用更強，所以NH₃的鍵角較大。
（5）鈦晶體為六方最密堆積，所以配位數為12；根據晶胞示意圖和均攤法可知一個晶胞含Ti原子：8×1/8+1=2，則一個晶胞的質量為2×48/N_a g，根據數學知識可求出一個晶胞的體積為a³×10^-30cm3，所以該晶體的密度2×48/N_a÷a³×10^-30 g/cm³= g/cm³