Question

原子序数小于20的X、Y、Z、W四种元素，其中X是形成化合物种类最多的元素之一，Y原子基态时最外层电子数是其内层电子总数的2倍，Z原子基态时2p原子轨道上有3个未成对的电子，W形成的常见单质既能与强酸反应，又能与强碱反应．回答下列问题：

（1）Y₂X₄分子中Y原子轨道的杂化类型为      ，1mol Y₂X₄含有σ键的数目为      ．

（2）元素Y的一种氧化物与元素Z的一种氧化物互为等电子体，元素Z的这种氧化物的分子式是      ．

（3）化合物ZX₃在水中的溶解度比化合物YX₄大得多，其主要原因是      ．

（4）请写出W单质和强碱溶液反应的离子方程式      ，W单质的晶体中原子的堆积方式如图甲所示，其晶胞特征如图乙所示，原子之间相互位置关系的平面图如图丙所示．晶胞中铝原子的配位数为      ，若已知W的原子半径为d，N_A代表阿伏加德罗常数，W的相对原子质量为M，该晶体的密度为     （用字母表示）．

（5）立方ZnS晶胞结构如图丁所示：，立方体的顶点和面心位置为Zn²⁺，则Zn²⁺的配位数为      ，若其晶胞边长为a pm，a位置Zn²⁺与b位置S^2﹣之间的距离为          pm（列式表示）．

Answer

（1）sp2；5×6.02×1023；（2）N2O；（3）氨气可以和水反应，且NH3分子与水分子间可以形成氢键，氨气与水分子都是极性分子，相似相溶；（4）2Al+2OH﹣+2H2O=2AlO2﹣+3H2↑；12；；（5）4；a．

【解析】

试题分析：原子序数小于20的X、Y、Z、W四种元素，Y原子基态时最外层电子数是其内层电子总数的2倍，最外层电子数不超过8，原子只能有2个电子层，最外层电子数为4，故Y为C元素；X是形成化合物种类最多的元素之一，原子序数小于碳，故X为H元素；Z原子基态时2p原子轨道上有3个未成对电子，原子核外电子排布为1s22s22p6，则Z为N元素；W形成的常见单质既能与强酸反应，又能与强碱反应，则W为Al．

（1）C2H4分子碳原子形成1个C=C双键、2个C﹣H单键，碳原子杂化轨道数目为3；

（2）原子数目相等、价电子总数也相等的微粒互为等电子体；

（3）氨气能与水发生反应，NH3分子与水分子之间形成氢键，增大物质的溶解性，氨气分子与水分子均为极性分子，相似相溶；

（4）铝与强碱溶液反应生成偏铝酸盐与氢气；Al晶体属于面心立方密堆积；若已知Al的原子半径为d，则晶胞棱长为4d×=2d，根据均摊法计算晶胞中Al原子数目，用阿伏伽德罗常数表示出晶胞质量，再根据ρ=计算密度；

（5）立方体的顶点和面心位置为Zn2+，晶胞中Zn2+数目为6×+8×=4，晶胞中S2﹣数目为4，则二者配位数相等；

a位置Zn2+与b位置S2﹣之间的连线处于晶胞体对角线上，且二者之间的距离为晶胞体对角线长度的，而晶胞体对角线长度为晶胞边长的倍．

【解析】
原子序数小于20的X、Y、Z、W四种元素，Y原子基态时最外层电子数是其内层电子总数的2倍，最外层电子数不超过8，原子只能有2个电子层，最外层电子数为4，故Y为C元素；X是形成化合物种类最多的元素之一，原子序数小于碳，故X为H元素；Z原子基态时2p原子轨道上有3个未成对电子，原子核外电子排布为1s22s22p6，则Z为N元素；W形成的常见单质既能与强酸反应，又能与强碱反应，则W为Al．

（1）C2H4分子碳原子形成1个C=C双键、2个C﹣H单键，碳原子杂化轨道数目为3，碳原子采取sp2杂化，1mol C2H4含有σ键的数目为5×6.02×1023个，

故答案为：sp2；5×6.02×1023；

（2）元素碳的一种氧化物与元素氮的一种氧化物互为等电子体，为CO2与N2O，元素Z的这种氧化物的分子式是N2O，

故答案为：N2O；

（3）氨气能与水发生反应，NH3分子与水分子之间形成氢键，增大物质的溶解性，而甲烷不能，氨气分子与水分子均为极性分子，相似相溶，而甲烷为非极性分子，故氨气的溶解度大于甲烷的，

故答案为：氨气可以和水反应，且NH3分子与水分子间可以形成氢键，氨气与水分子都是极性分子，相似相溶；

（4）铝与强碱溶液反应生成偏铝酸盐与氢气，反应离子方程式为：2Al+2OH﹣+2H2O=2AlO2﹣+3H2↑；Al晶体属于面心立方密堆积，顶点Al原子与面心Al原子相切，Al原子配位数为12，若已知Al的原子半径为d，

则晶胞棱长为4d×=2d，晶胞中Al原子数目为6×+8×=4，则晶胞质量为4×，则晶体密度为4×÷d3=，

故答案为：2Al+2OH﹣+2H2O=2AlO2﹣+3H2↑；12；；

（5）立方体的顶点和面心位置为Zn2+，晶胞中Zn2+数目为6×+8×=4，晶胞中S2﹣数目为4，则二者配位数相等，S2﹣的配位数为4，则Zn2+的配位数也是4，

a位置Zn2+与b位置S2﹣之间的连线处于晶胞体对角线上，且二者之间的距离为晶胞体对角线长度的，而晶胞体对角线长度为晶胞边长的倍，即a位置Zn2+与b位置S2﹣之间的距离为a pm，

故答案为：4；a．