Question

主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，W原子最外层电子数是次外层的3倍，X，Y和Z分属于不同的周期，它们的原子序数之和是W原子序数的5倍。在由元素W、X、Y、Z组成的所有二组分化合物中，由元素W、Y形成的化合物M的熔点最高。请回答下列问题：

（1）W原子L层电子排布式为                     W₃空间构形是                  

（2）X单质与水反应的主要化学方程式                      

（3）化合物M的化学式               其晶体结构与NaCl相同，而熔点高于NaCl。M熔点较高的原因是                           。将一定是的化合物ZX负载在M上可制得ZX/M催化剂，用于催化碳酸二甲酯与月桂酸醇酯交换合成碳酸二月桂酯。在碳酸二甲酯分子中，碳原子采用的杂化方式有                     ，O-C-O的键角约          

（4） X、Y、Z可形成立方晶体的化合物，其晶胞中X占有棱的中心，Y位于顶角，Z位于体心位置，则该晶体的组成为X:Y:Z=                  。

（5）含有元素Z的盐的焰色反应为         色，许多金属盐都可以发生焰色反应，其原因是                                           

（6） ZnS在荧光体、光导体材料、涂料、颜料等行业中应用广泛。立方ZnS晶体结构如下图所示，其晶胞边长为540.0 pm，密度为                                          g·cm^-3(列式并计算)，a位置S^2-离子与b位置Zn²⁺离子之间的距离为____________pm。

Answer

（1）2s22p4 ；V形；（2）2F2+2H2O==4HF+O2；（3）MgO；晶格能大；sp3和sp2 ；120°；

（4）3:1:1 ；（5）紫；激发态的电子从能量高的轨道跃迁到能量低的轨道时，以一定的波长(可见光区域)光的形式释放能量；

（6）g•cm-3；或或；

【解析】

试题分析：主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，W的原子最外层电子数是次外层电子数的3倍，W原子只能有2个电子层，最外层电子数为6，则W为O元素．X、Y和Z分属不同的周期，它们的原子序数之和是W原子序数的5倍，即三元素原子序数之和为40，X若为第三周期元素，X、Y、Z的原子序数之和大于W原子序数的5倍，所以可以断定X也在第二周期，故X为F元素，则Y、Z原子序数之和=40-9=31，平均原子序数为15.5，可以推断Y处于第三周期、Z处于第四周期，Z的原子序数大于18，若Y为Na元素，则Z为Ca元素，若Y为Mg元素，则Z为K元素，X的原子序数再增大，不符合题目中主族元素的要求，由于元素W与Y形成的化合物M的熔点最高，故Y为Mg元素，Z为K元素，化合物M为MgO.

（1）W为O元素，原子的L层电子排布式为 2s22p4，O3分子中中心氧原子价层电子对数=2+=3、含有1对孤电子对，故O3空间构型为V形，故答案为：2s22p4；V形；

（2）X单质为F2，与水发生反应：2F2+2H2O=4HF+O2，故答案为：2F2+2H2O=4HF+O2；

（3）化合物M为MgO，属于离子化合物，由于MgO晶体中离子的电荷多、离子半径小，故MgO晶格能大，故MgO熔点较高；在碳酸二甲酯分子中-OCH3，C原子4个单键，采取sp3杂化，在酯基中，C原子成2个C-O单键、1个C=O双键，双键按单键计算，故中心C原子的杂化轨道数为3，采取sp2杂化，为平面正三角形，键角为120°，故O-C-O的键角约为120°，故答案为：MgO；MgO晶格能比NaCl的大；sp2和sp3；120°；

（4）F、Mg、K形成立方晶体结构的化合物，晶胞中F占据所有棱的中心，晶胞中F原子数目为12×=3，Mg位于顶角，晶胞中Mg原子数目为8×=1，K处于体心位置，晶胞中含有1个K原子，则该晶体的组成为F：Mg：K=3：1：1，故答案为：3：1：1；

（5）含有元素K的盐的焰色反应为紫色，许多金属盐都可以发生焰色反应，其原因为：灼烧时电子从基态到激发态，激发态电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道是，以一定波长光的形式释放能量，从而出现不同的颜色，故答案为：紫；灼烧时电子从基态到激发态，激发态电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道是，以一定波长光的形式释放能量；

（6）晶胞中含有白色球位于顶点和面心，共含有8×+6×=4，黑色球位于体心，共4个，则晶胞中平均含有4个ZnS，质量为4×(87÷6.02×1023)g，晶胞的体积为(540.0×10-10cm)3，则密度为g•cm-3；

b位置黑色球与周围4个白色球构成正四面体结构，黑色球与两个白色球连线夹角为109°28′，a位置白色球与面心白色球距离为540.0pm×=270pm，设a位置S2-与b位置Zn2+之间的距离为y pm，由三角形中相邻两边、夹角与第三边关系：y2+y2-2y2cos109°28′=(270)2，解得y=，故答案为：g•cm-3；。

【考点定位】考查原子组成与结构专题；化学键与晶体结构

【名师点晴】本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、分子结构与性质、晶体类型与性质、晶胞计算等。推断元素是解题的关键，要充分利用原子序数的关系结合周期表的结构进行判断元素。本题中晶胞计算需要学生具备一定的空间想象与数学计算能力，难度较大。第（6）小题的思维过程如下：在此晶胞中有Zn2+为4个、S2-为8×+6×=4个，所以1 mol晶胞的质量为(65+32)×4＝388 g，一个晶胞的质量为，一个晶胞的体积为V＝(540×10-10 cm)3，根据即可计算；b点(Zn2+)在由A、H、C、D四点构成的正四面体的中心，所以∠ABH＝109°28′。

如图所示，连结AH、EH，求得，作BG垂直于AH，，，通过三角函数即可求出。