Question

X、Y、Z、W、Q为原子序数依次增大的前四周期元素，X核外未成对电子数有2个，与其他元素均能形成二元化合物；Y是地壳中含量最多的金属元素；Z是遗传物质的组成元素之一；W内层电子数是最外层电子数的9倍；Q基态原子价层电子排布中成对电子数和未成对电子数相同。据此回答下列问题：

（1）Q的基态原子的价层电子排布式为____________________。

（2）电负性最大的是_________________，第一电离能介于Y和Z之间的同周期元素有__________ (填元素符号）。

（3）Y和W的氯化物熔点高的是_________(填化学式)，原因是____________________________；与Z的低价氯化物互为等电子体的离子是_____________。

（4）咖啡因对中枢神经有兴奋作用，其结构简式如图。常温下，咖啡因在水中的溶解度为2g，加适量水杨酸钠［C₆H₄（OH）（COONa）］可使其溶解度增大，其原因可能是_____________________，分子中氮原子的杂化类型有_______________。

（5）已知WX的密度为3.25g/cm³，单元晶胞边长481pm，试

确定该单元晶胞中含有______个WX，属于__________立方结构(填写面心、简单或体心)，晶胞中距离W最近的X有________个。

Answer

3d64s2 O Mg Si S CaCl2 ；CaCl2属于离子晶体，钙离子和氯离子之间作用大，熔点高， AlCl3属于分子晶体，分子间作用力弱 SO32—或ClO3— 咖啡因与水杨酸钠形成了氢键 sp2 和sp3 4个 面心立方 6

【解析】根据题目所述可知X为O元素，Y是Al元素，Z是P元素，W内层电子数是最外层电子数的9倍，则只能是Ca元素，所以Q为第四周期元素，其基态原子价层电子排布中成对电子数和未成对电子数相同，且成对电子数为最外层电子数的2倍，即Q的价层电子排布为3d64s2，所以Q为26号元素Fe。

(1) Fe的基态原子的价层电子排布式为3d64s2；

(2)在这四种元素中，电负性最大的是O元素；根据同周期从左到右第一电离能逐渐增大的变化规律，同时还要考虑ⅡA族的3s2全满状态和ⅤA族3s23p3半满状态的稳定性，得出第一电离能介于Al和P之间的同周期元素有Mg、Si和S三种元素；

(3)由于CaCl2是离子化合物，Ca2+和Cl—之间的离子键作用力大，所以CaCl2的熔点高，而AlCl3是分子晶体，分子间作用力小，所以熔点低；Z的低价氯化物为PCl3，其分子中的最外层电子数为26，与它互为等电子体的离子为SO32—或ClO3—；

(4)水杨酸钠分子中有羟基，而咖啡因分子中有N、O两种吸引电子能力很强的元素，所以二种分子之间可形成氢键，使其溶解度增大；咖啡因分子中N原子有形成双键的sp2杂化，也有形成单键的sp3杂化；

(5) 已知CaO晶体的密度为3.25g/cm3，晶胞边长481pm，则体积为(4.81×10-8)3=1.11×10-22 cm3,所以晶胞的摩尔质量为3.25g/cm3×1.11×10-22 cm3×6.02×1023mol-1=218g/mol，即该晶胞中含有4个CaO；属于面心立方结构，根据面心结构的特点可推知，晶胞中距离Ca2+最近的O2-有6个，分别在Ca2+的前后、上下、左右六个位置上。