Question

9．甲、乙、丙、丁、戊、己均為元素周期表中前20號元素，它們原子序數依次增大．已知甲與乙，丙、丁與戊分別位于同一周期：甲原子最外層電子數是次外層的3倍；乙、丙、丁簡單離子的核外電子排布相同，這三種元素按6：3：1的原子個數比可形成一種離子晶體W；丙與戊可形成常見離子晶體X，甲與己可形成常見離子晶體Y，且X和Y電子數相同．
（1）元素甲基態(tài)原子的電子排布式：1s²2s²2p⁴．
（2）比較元素丙和元素戊的第一電離能：丙＜戊（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）W的化學式為Na₃AlF₆．
（4）①寫出工業(yè)冶鐵丁單質的化學反應方程式2Al₂O₃（熔融）$\frac{\underline{\;\;\;電解\;\;\;}}{冰晶石}$4Al+3O₂↑．
②晶體X、Y的晶格能分別為786kJ/mol、3401kJ/mol，請簡單說明兩者晶格能相差較大的主要原因是：晶格能與離子電荷呈正比，電荷越多，晶格能越大，鈣、氧離子電荷分別大于鈉、氯離子電荷．
（5）元素乙與己也可能形成離子化合物，其晶胞結構如圖所示：
①元素己的離子在晶體中的配位數為8；
②乙與己形成的離子化合物的電子式為；
③若該離子晶體的密度為dg/cm³，阿伏加德羅常數為N_A，則晶胞的邊長是$\root{3}{\frac{312}{d{N}_{A}}}$cm．

Answer 1

分析 甲、乙、丙、丁、戊、己均為元素周期表中前20號元素，它們原子序數依次增大．甲原子最外層電子數是次外層的3倍，最外層電子數不超過8，原子只能有2個電子層，最外層電子數為6，故甲為O元素；甲與乙同周期，即位于第二周期，乙、丙、丁簡單離子的核外電子排布相同，這三種元素按6：3：1的原子個數比可形成一種離子晶體W，可推知乙為F元素，丙為Na，丁為Al，W為Na₃AlF₆；丙與戊可形成常見離子晶體X，甲與己可形成常見離子晶體Y，則戊為非金屬元素，己為金屬元素，丙、丁與戊分別位于同一周期，則戊處于第三周期，己處于第四周期，而X和Y電子數相同，可推知戊為Cl元素，己為Ca，X為NaCl，Y為CaO．

解答 解：甲、乙、丙、丁、戊、己均為元素周期表中前20號元素，它們原子序數依次增大．甲原子最外層電子數是次外層的3倍，最外層電子數不超過8，原子只能有2個電子層，最外層電子數為6，故甲為O元素；甲與乙同周期，即位于第二周期，乙、丙、丁簡單離子的核外電子排布相同，這三種元素按6：3：1的原子個數比可形成一種離子晶體W，可推知乙為F元素，丙為Na，丁為Al，W為Na₃AlF₆；丙與戊可形成常見離子晶體X，甲與己可形成常見離子晶體Y，則戊為非金屬元素，己為金屬元素，丙、丁與戊分別位于同一周期，則戊處于第三周期，己處于第四周期，而X和Y電子數相同，可推知戊為Cl元素，己為Ca，X為NaCl，Y為CaO．
（1）元素甲為O元素，基態(tài)原子的電子排布式：1s²2s²2p⁴，
故答案為：1s²2s²2p⁴；
（2）丙為Na，戊為Cl，非金屬性越強，元素的第一電離能越大，故第一電離能Na＜Cl，
故答案為：＜；
（3）W的化學式為：Na₃AlF₆，
故答案為：Na₃AlF₆；
（4）①丁為Al，工業(yè)冶鐵鋁單質的化學反應方程式：2Al₂O₃（熔融）$\frac{\underline{\;\;\;電解\;\;\;}}{冰晶石}$4Al+3O₂↑，
故答案為：2Al₂O₃（熔融）$\frac{\underline{\;\;\;電解\;\;\;}}{冰晶石}$4Al+3O₂↑；
②晶格能與離子電荷呈正比，電荷越多，晶格能越大，鈣、氧離子電荷分別大于鈉、氯離子電荷，故CaO的晶格能遠大于NaCl的晶格能，
故答案為：晶格能與離子電荷呈正比，電荷越多，晶格能越大，鈣、氧離子電荷分別大于鈉、氯離子電荷；
（5）元素乙與己也可能形成離子化合物，其晶胞結構如圖所示：
①晶胞中己離子數目為×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，乙離子數目為8，乙離子配位數為4，離子配位數與離子數目成反比，故元素己的離子在晶體中的配位數為4×$\frac{8}{4}$=8，
故答案為：8；
②乙與己形成的離子化合物為CaF₂，電子式為，
故答案為：；
③晶胞質量為4×$\frac{78g/mol}{{N}_{A}mo{l}^{-1}}$，該離子晶體的密度為dg/cm³，晶胞體積為4×$\frac{78g/mol}{{N}_{A}mo{l}^{-1}}$÷dg/cm³=$\frac{312}{d{N}_{A}}$cm³，則晶胞的邊長是$\root{3}{\frac{312}{d{N}_{A}}}$cm，
故答案為：$\root{3}{\frac{312}{d{N}_{A}}}$．

點評 本題是對物質結構與性質的考查，涉及元素化合物推斷、核外電子排布、電離能、晶格能、晶胞計算等，推斷元素是解題關鍵，（5）中配位數可以利用補全晶胞結構判斷，掌握均攤法進行晶胞有關計算．