Question

X是第四周期元素，最外层只有1个电子，次外层的所有原子轨道均充满电子。元素Y基态原子的3p轨道上有2个未成对电子。元素Z的原子最外层电子数是其内层的3倍。回答下列问题：

（1）单质X的晶体类型为____________，其中X原子的配位数为______________。

（2）已知元素Y可与元素Z的相对原子质量只差为16，则元素Y基态原子的外围电子排布图为_____________，其同周期元素中，第一电离能最大的是______（写元素符号）。元素Y的含氧酸中，酸性最强的是___________________（写化学式），该酸根离子的立体构型为_________________。

（3）Z的氢化物在乙醇中的溶解度大于Y的氢化物，其原因是______________________。

（4）X的氯化物与氨水反应可形成配合物[X(NH₃)₄]Cl₂，1mol该配合物中含有σ键的数目为______________________。

（5）X与Y形成的一种化合物的立方晶胞如图所示。该化合物的化学式为____________，已知此晶体的密度为ρg·cm^–3，阿伏加德罗常数为N_A，则此晶胞中X与Y的最近距离是______________cm。（写出计算式，不要求计算结果。）

Answer

 金属晶体  12 Ar  H2SO4 正四面体形4  水分子与乙醇分子间可形成氢键，而硫化氢不能，所以硫化氢在乙醇中的溶解度小于水的溶解度 16NA CuS 【答题空10】

【解析】元素X 位于第四周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，则内层电子数=2+8+18=28，且最外层电子数为1，所以该原子有29个电子，为Cu元素；元素Y基态原子的3p轨道上有2个未成对电子，则Y是S或Si元素，结合题中与Cu形成的晶胞结构可知，在晶胞中X离子数为8×1/8+6×1/2=4，Y离子数为4，所以X、Y的个数比为1：1，可推得Y为S元素；元素Z的原子最外层电子数是其内层的3倍，元素最外层电子数小于或等于8，所以Z是O元素。

（1）由以上分析可知，X为Cu元素，晶体类型为金属晶体，属于面心立方最密堆积。Cu原子的配位数为12；（2）已知元素Y可与元素Z的相对原子质量只差为16，则元素Y为硫元素，其基态原子的外围电子排布图为；其同周期元素中，第一电离能最大的是Ar。元素Y的含氧酸中，酸性最强的是H2SO4；SO42-中中心原子S原子的价层电子对数是4，立体构型为正四面体形。（3）Z的氢化物是水、Y的氢化物是硫化氢，由于水分子与乙醇分子间能形成氢键，而硫化氢不能，所以水在乙醇中的溶解度大于硫化氢。（4）X的氯化物与氨水反应可形成配合物[X(NH3)4]Cl2，该化合物中N-H键及配位键均是σ键，因此1mol该配合物中含有σ键的数目为16NA。（5）由上述分析可知，该化合物的化学式为CuS，且每个晶胞中含有4个CuS。已知此晶体的密度为ρg·cm–3，阿伏伽德罗常数为NA，设晶胞的边长为a，则，再根据晶胞中Cu原子与S原子之间最短距离为对角线的1/4，而对角线为，所以Cu原子与S原子之间最短距离为。

点睛：本题主要考查了电子排布图、氢键、空间构型、配合物理论、σ键、晶体类型、晶体结构等知识点。晶胞是描述晶体结构的基本单元，数量巨大的晶胞“无缝隙并置”构成晶体。晶胞中微粒数目的计算方法通常采用“均摊发”，“均摊法”的原则：晶胞任意位置上的一个原子如果是被n个晶胞所共有，那么每个晶胞对这个原子分得的份额就是1/n；（1）利用“均摊法”计算长方体（包括立方体）晶胞中不同位置的微粒数：①微粒位于顶角同为8个晶胞所共有，1/8微粒属于该晶胞；②微粒位于棱上同为4个晶胞所共有，1/4微粒属于该晶胞；③微粒位于面上同为2个晶胞所共有，1/2微粒属于该晶胞；④微粒位于晶胞内部，整个微粒属于该晶胞。（2）计算非长方体晶胞中微粒视具体情况而定：①如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶角（1个C原子）被3个六边形共有，每个C原子有1/3属于某个六边形；②如金刚石晶胞为正四面体结构，其顶角（1个C原子）被12个六边形共有，每个C原子有1/12属于某个六边形。（3）团簇分子中含有的原子个数即是该分子独有的，注意不能用均摊法计算。