Question

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。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。在由元素W、X、Y、Z组成的所有可能的二组分化合物中，由元素W与Y形成的化合物M的熔点最高。请回答下列问题：

（1）W元素原子的L层电子排布式为___________ ，W₃分子的空间结构为___________；

（2）X单质与水发生主要反应的方程为___________；

（3）化合物M的化学式为___________，其晶体结构与NaCl相同，而熔点高于NaCl．M熔点较高的原因是___________，将一定量的化合物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的键角约为___________；

（4）X、Y、Z可形成立方晶体结构的化合物，其晶胞中X占据所有棱的中心，Y位于顶角，Z处于体心位置，则该晶体的组成X：Y：Z= ___________；

（5）许多金属盐都可以发生焰色反应，其原因是___________。

Answer

（1）2s22p4；V型；

（2）2F2+2H2O═4HF+O2；

（3）MgO；MgO的晶格能大于NaCl的晶格能；sp2和sp3；120°；

（4）3：1：1．

（5）灼烧时电子从基态到激发态，当从激发态回到基态时放出能量以光的形式放出，从而出现不同的颜色

【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，则W有3个电子层，最外层电子数为6，故W为氧元素；X，Y，Z分属不同的周期，且主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大．X不可能为第三周期元素，若为第三周期，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，且原子序数比氧元素大，故X为F元素；故Y、Z的原子序数之和为8×5-9=31，平均原子序数为15.5，故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，不符合题意，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．

（1）W为氧元素，O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+×（6−2×2）=3、含有1对孤电子对，故O3空间构型为V型，故答案为：2s22p4；V型；

（2）X为F元素，对应的单质具有强氧化性，可与水反应生成HF和氧气，反应的方程式为：2F2+2H2O═4HF+O2，故答案为：2F2+2H2O═4HF+O2；

（3）由上述分析可知，M为MgO，其晶体结构与NaCl相同，而熔点高于NaCl，由于MgO晶体中离子的电荷多，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原子呈2个C-O单键，属于σ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的晶格能大于NaCl的晶格能；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，当从激发态回到基态时放出能量以光的形式放出，从而出现不同的颜色，故答案为：灼烧时电子从基态到激发态，当从激发态回到基态时放出能量以光的形式放出，从而出现不同的颜色。

【考点定位】考查位置结构性质的相互关系应用

【名师点晴】本题考查位置、结构与性质关系的综合应用，侧重于学生分析能力和综合运用元素周期表的和周期律的考查，为高考常见题型，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。解答此类试题明确元素种类是关键，要熟悉常见的元素推断的描述性用语，如：X原子最外层电子数是次外层电子数的n倍，一般认为n≥1，此时次外层只能为K层，X的核外电子排布为2，2n，即X的原子序数为2+2n。如：最外层电子数是次外层电子数2倍的元素有：C；最外层电子数是次外层电子数3倍的元素有：O；再如，X的阳离子和Y的阴离子具有相同的电子层结构，常见的离子的电子层结构一般有两种（2，8和2，8，8）。满足2，8的阳离子有Na+、Mg2+、Al3+，阴离子有N3−、O2−、F−；满足2，8，8的阳离子有K+、Ca2+，阴离子有P3−、S2−、Cl−；阳离子在阴离子的下一周期，等等。