Question

X、Y、Z、W四种元素原子序数依次增大且均小于36。Z基态原子最外层电子数是其内层电子总数的3倍，Y基态原子是同周期元素中未成对电子数最多的原子，X分别与Y、Z元素组合均可形成10电子微粒，W基态原子有10个价电子。 回答下列问题（以下问题均以推知元素符号作答）：

（1）若YX₃与X₂Z、YX^2-与ZX^-、Y^3-与Z^2-性质相似，请写出Mg(YX₂)₂在一定条件下分解的化学反应方程式_________________。

（2）已知X₂Z晶胞中X₂Z分子的空间排列方式与金刚石晶胞类似，相似的原因与下列因素有关的是______。

①氢键的方向性 ②氢键的饱和性 ③水中氧的杂化方式与金刚石中碳的杂化方式一样 ④晶体类型相似

(3) WZ是一种功能材料，已被广泛用于电池电极、催化剂、半导体、玻璃染色剂等方面。工业上常以W(YZ₃)·6X₂Z和尿素[CO(NH₂)₂]为原料制备。

①W²⁺的基态核外电子排布式为_________，其核外电子有________种运动状态。

②尿素分子中碳原子的杂化方式为_________，1mol尿素分子中含有的σ键数为______N_A。

③YZ₃^-的空间构型________，与之互为等电子体的阴离子如________，中性分子如________；HYZ₃与HYZ₂ 中酸性偏强的是(写化学式)__________。

④WZ晶体的结构与NaCl相同，但天然的和绝大部分人工制备的晶体都存在各种缺陷，例如在某种WZ晶体中就存在如下图所示的缺陷：一个W²⁺空缺，另有两个W^2＋被两个W³⁺所取代。其结果晶体仍呈电中性，但化合物中W和Z的比值却发生了变化。经测定某样品中W^3＋与W^2＋的离子数之比为6：91。若该晶体的化学式为W_xZ，则x＝_____。

Answer

3Mg(NH2)2=Mg3N2+4NH3↑ ①②③ 1s22s22p63s23p63d8 26 sp2杂化 7 平面三角 CO32- BF3 HNO3 0.97

【解析】本题考查杂化类型、电子排布式、等电子体等，Z基态原子最外层电子数是其内层电子总数的3倍，Z是O，因为原子序数依次增大，则Y位于第二周期，p能级上有3个原子轨道，Y基态原子是同周期元素中未成对电子数最多的原子，即Y为N，X分别与Y、Z元素组合成10电子微粒，即NH3、H2O，推出X为H，W的基态原子有10个价电子，说明W属于第四周期过渡元素，价电子排布式为3d84s2，W为Ni，（1）根据信息，NH2－与OH－类似，Mg(NH2)2的性质与Mg(OH)2的相似，因此Mg(NH2)2分解的化学反应方程式为：3Mg(NH2)2=Mg3N2+4NH3↑；（2）水中存在氢键，氢键有方向性和饱和性，金刚石中存在共价键，共价键有方向性和饱和性，H2O中中性原子为O，O的杂化类型为sp3，金刚石中C的杂化类型为sp3，水属于分子晶体，金刚石属于原子晶体，晶体类型不同，故选项①②③正确；（3）①Ni原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，其Ni2＋核外电子排布式为：1s22s22p63s23p63d8；每个电子的运动状态不同，因此有多少个电子，就有多少种运动状态不同的电子，即有26种运动状态不同的电子；②尿素的结构简式为：，碳原子有3个σ键，无孤电子对，因此杂化类型为sp2；成键原子之间只能形成一个σ键，因此1mol尿素中含有σ键数目是7NA；③此离子是NO3－，其中N的杂化类型为sp2，NO3－空间构型为平面三角形；等电子体的空间构型相似，即阴离子为CO32－，中性分子是BF3，HNO3写成HO(NO2)，HNO2写成HO(NO)，非羟基氧越多，酸性越强，即HNO3酸性强；④NiO中Ni的化合价为＋2价，样品中W3＋与W2＋的离子数之比为6：91，根据电中性，得6×x×3/97＋91×x×2/97=2，解得x=0.97。

点睛：本题推断的突破口在Z元素上，根据核外电子排布规律，可以推出Z为O，因为四种元素原子序数依次增大，即Y位于第二周期，第二周期有两个能层，第二能层有2个能级，即s、p能级，p能级有3个轨道，未成对电子数是同周期中最多的，推出Y为N，W的价电子是10，说明第四周期过渡元素，根据核外电子排布式，推出为Ni；杂化类型的判断：杂化轨道数等于价层电子对数，价层电子对数等于σ键+孤电子对，σ键数目等于配原子右下角系数，如NO3－，σ键为氧原子右下角系数，即为3，孤电子对数=(a－xb)/2=(5＋1－2×3)/2=0，即价层电子对数为3，杂化类型为sp2。