Question

已知X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42。X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子，Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子。X跟Y可形成化合物X₂Y₃，Z元素可以形成负一价离子。请回答下列问题：

(1)X元素原子基态时的电子排布式为_______________；

(2)Y元素原子的价层电子的轨道表示式为_____________；

(3)X与Z可形成化合物XZ₃，该化合物的空间构型为________；

(4)已知化合物X₂Y₃在稀硫酸溶液中可被金属锌还原为XZ₃，产物还有ZnSO₄和H₂O，该反应的化学方程式是___________；

(5)比较X的氢化物与同族第二、第三周期元素所形成的氢化物沸点高低______。

Answer

1s22s22p63s23p63d104s24p3 三角锥型 As2O3+6Zn+6H2SO4=2AsH3↑+6ZnSO4+3H2O NH3>AsH3>PH3

【解析】

X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子，X元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3，处于第四周期第VA族，故X为As元素；Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子，Y的2p轨道上有2个电子或4个电子，所以Y为碳元素或氧元素，X跟Y可形成化合物X2Y3，故Y为O元素；X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42，则Z的质子数为42-8-33=1，则Z为H元素，氢原子可以形成负一价离子，符合题意，然后逐一分析解答。

根据上述分析可知：X是As元素，Y是O元素，Z是H元素。

(1)X 是As元素，X元素原子基态时的电子排布式为：1s22s22p63s23p63d104s24p3；

(2)Y是O元素，核外电子排布式为1s22s22p4，价层电子排布式是2s22p4，故其轨道表示式为：；

(3)X是As，Z是H，As、H两种元素以共价键形成AsH3，由于As与N为同主族元素，AsH3空间结构与NH3相似，呈三角锥型；

(4)X是As，Y是O，二者形成As2O3与Zn、H2SO4反应产生AsH3、ZnSO4及H2O，根据原子守恒、电子守恒，可得反应方程式为：As2O3+6Zn+6H2SO4=2AsH3↑+6ZnSO4+3H2O；

(5)As是第四周期第VA的元素，短周期中第VA的元素还有N、P，它们形成的氢合物分别是AsH3、NH3、PH3，三种气体均为分子晶体，分子之间通过分子间作用力结合，物质的相对分子质量越大，分子间作用力越大，物质的熔沸点就越高。由于在NH3的分子间存在氢键，增加了分子之间的吸引力，使NH3的沸点最高，故三种物质沸点由高到低的顺序是：NH3>AsH3>PH3。