Question

M、N、R、X、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素，Z、W都是第四周期过渡元素。R是同主族元素中最活泼的非金属元素，且能生成分子式为MR₂型的共价化合物，Z和Z²⁺具有相同的单电子数，Z²⁺的价电子数是W⁺的二分之一，Z的一种氧化物是常见的催化剂。W有W⁺和W²⁺两种常见离子，R和X同主族。请回答下列问题（以下均用化学符号表示）：

（1）写出R基态原子的电子排布图__，M、N和R第一电离能由小到大的顺序是__。

（2）N的气态氢化物极易溶于R的氢化物，且该体系呈碱性，由此可推出两者主要的结合方式（请用结构式表示）___。

（3）在上述元素形成的分子中，有四种分子互为等电子体，分别是MR₂、MX₂和MRX以及___，该分子的结构式为__，N与Y形成的NY₃分子的空间构型是___。

（4）M和R所形成MR₂晶体以及W晶体的结构都可以如图表示（O表示一个MR₂分子或一个W原子），晶体中正八面体和正四面体空隙数的比值是__，Z的硫化物有3种晶体，其中一种是Z²⁺为面心立方堆积，而晶体中全部正四面体空隙的二分之一被S²⁺占据，如果两种离子核间距为acm，则该晶体密度为___。

Answer

C＜O＜N N2O N=N=O 三角锥型 1：2 g·cm3

【解析】

M、N、R、X、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素，Z、W都是第四周期过渡元素，Z2+的价电子数是W+的二分之一，可知W+的外围电子为3d10，Z2+的外围电子为3d5，W有W+和W2+两种常见离子，Z的一种氧化物是常见的催化剂，即Z为Mn、W为Cu；R是同主族元素中最活泼的非金属元素，且能生成分子式为MR2型的共价化合物，R和X同主族，N的气态氢化物极易溶于R的氢化物，且该体系呈碱性，N为N，结合原子序数可知元素在周期表中的位置为，则M为C、N为N、R为O、X为S、Y为Cl，以此来解答。

由上述分析可知，M为C、N为N、R为O、X为S、Y为Cl、Z为Mn、W为Cu；

(1)R基态原子的电子排布图为，非金属性越强、第一电离能越大，但N的2p电子半满为稳定结构，则M、N和R第一电离能由小到大的顺序是C＜O＜N；

(2)NH3与H2O均为极性分子，且NH3与H2O分子之间存在氢键，根据相似相溶原理，故NH3易溶于水，氨水中存在NH3•H2O，能部分电离出OH-，导致氨水显碱性，NH3•H2O的结构式为；

(3)等电子体为原子数目相等，价电子总数相等的不同微粒，则与CO2互为等电子体的微粒有N2O，其结构式为N=N=O；NCl3中N原子含有3个σ键和1个孤电子对，中心原子N是sp3杂化，则NCl3为三角锥型；

(5)由晶胞结构可知，晶体中共有类似A点的顶点共有8个，即Cu的晶体中类似晶体中A、B、C、D围成正四面体空隙共有8个；在MnS晶体中S2-共有，则Mn2+的数目也为4，则填充Mn2+的正四面体空隙数和正四面体空隙总数之比为4:8=1:2，S2-填充在正四面体体心位置，与正四面体顶点Mn2+距离最近，由几何知识可知，二者距离等于晶胞体对角线长度的，晶胞棱长=acm．晶体中全部正四面体空隙的二分之一被S2-占据，晶胞中S2-数目为4，Mn2+数目=8×+6×=4，晶胞相当于含有4个“MnS”，晶胞质量=4×g，则该晶体密度为g/cm3。