Question

15．南京理工大學(xué)化工學(xué)院胡炳成教授團(tuán)隊(duì)于2017年1月成功合成世界首個(gè)全氮陰離子鹽，使氮原子簇化合物的研究又有了新的突破．請根據(jù)材料回答以下問題：
（1）N、O、F三種元素的第一電離能由大到小的順序?yàn)镕＞N＞O（填元素符號）；與N₂互為等電子體的全氧離子化學(xué)式為O₂²⁺；具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚氮結(jié)構(gòu)如圖一所示，則N₇₀的沸點(diǎn)＜（填“＞”、“＜”或“=”）高聚氮的沸點(diǎn)，原因是N₇₀是分子晶體，高聚氮是原子晶體；N₇₀和高聚氮屬于A（選填序號）．
A．同素異形體    B．同分異構(gòu)體    C．同位素      D．同系物
（2）疊氮化物是研究較早的含全氮陰離子的化合物，如：氫疊氮酸（HN₃）、疊氮化鈉（NaN₃）等．疊氮化物能形成多種配合物，在[Co（N₃）（NH₃）₅]SO₄中，其中鈷顯+3價(jià)，它的配體是N₃^-、NH₃，SO₄^2-的立體構(gòu)型為正四面體形．
（3）HN₃是一種全氮陰離子酸，可由肼（N₂H₄）被HNO₂氧化制得．下列說法正確的是BD．
A．酸性：HNO₂＞HNO3
B．N₂H₄分子中N原子均采取sp³雜化
C．NaN₃的晶格能小于KN₃的晶格能
D．上述生成氫疊氮酸的化學(xué)方程式為N₂H₄+HNO₂═2H₂O+HN₃
（4）N₈是一種由全氮陽離子和全氮陰離子構(gòu)成的特殊物質(zhì)，已知陽離子由5個(gè)氮原子排列成V 形，每個(gè)氮原子均達(dá)到八電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，則陽離子的電子式為．
（5）一種氮鐵化合物的結(jié)構(gòu)如圖二所示，若圖中六棱柱的體積為Vcm³，用NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值，則該晶體的密度為$\frac{364}{V{N}_{A}}$g/cm³．

Answer 1

分析 （1）同周期自左而右元素第一電離能呈增大趨勢，但N元素原子的2p能級含有3個(gè)電子，處于半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，失去第1個(gè)電子需要的能量較大；等電子體為原子數(shù)和電子數(shù)相同的分子或離子團(tuán)；原子晶體中原子間通過共價(jià)鍵形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，原子晶體的沸點(diǎn)高于分子晶體；由同種元素組成的不同單質(zhì)互稱同素異形體；
（2）在[Co（N₃）（NH₃）₅]SO₄中，根據(jù)化合價(jià)代數(shù)和為零，可以算得鈷的化合價(jià)，配位體：提供孤電子對的分子或離子；根據(jù)價(jià)電子對互斥理論確定微粒SO₄^2-的空間構(gòu)型，價(jià)層電子對個(gè)數(shù)=σ鍵個(gè)數(shù)+孤電子對個(gè)數(shù)．σ鍵個(gè)數(shù)=配原子個(gè)數(shù)，孤電子對個(gè)數(shù)=$\frac{1}{2}$（a-xb）；
（3）A．HNO₂為弱酸，而HNO₃是強(qiáng)酸；
B．N₂H₄中氮原子最外層有5個(gè)電子，氮原子采用的都是sp³雜化；
C．結(jié)構(gòu)相似的離子晶體中，晶格能與離子半徑呈反比；
D．肼和亞硝酸（HNO₂）反應(yīng)時(shí)發(fā)生歸中反應(yīng)生成氫疊氮酸（HN₃），H和O元素未發(fā)生氧化還原反應(yīng)，據(jù)此書寫化學(xué)方程式；
（4）N₅結(jié)構(gòu)是對稱的，5個(gè)N排成V形，5個(gè)N結(jié)合后都達(dá)到8電子結(jié)構(gòu)，且含有2個(gè)N≡N鍵，滿足條件的結(jié)構(gòu)為：，故“N₅”帶一個(gè)單位正電荷，根據(jù)結(jié)構(gòu)式寫出電子式．
（5）晶胞中N原子處于體心，F(xiàn)e原子處于頂點(diǎn)與面心，利用均攤法計(jì)算原子數(shù)目，進(jìn)而確定化學(xué)式，結(jié)合晶胞中含有原子數(shù)目表示出晶胞質(zhì)量，再根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算．

解答 解：（1）同周期自左而右第一電離能呈增大趨勢，N元素原子的2p能級有3個(gè)電子，為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量降低，失去第一個(gè)電子需要的能量較高，第一電離能高于同周期相鄰元素O，故第一電離能F＞N＞O，N₂中含有2個(gè)原子、14個(gè)電子數(shù)，則與N₂等電子體的全氧離子化學(xué)式為O₂²⁺，原子晶體中原子間通過共價(jià)鍵形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，已知高聚氮的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所以高聚氮屬于原子晶體，原子晶體的沸點(diǎn)高于分子晶體N₇₀，則N₇₀的沸點(diǎn)＜高聚氮的沸點(diǎn)，N₇₀和高聚氮都是氮元素組成的單質(zhì)，屬于同素異形體，
故答案為：F＞N＞O；O₂²⁺；＜；N₇₀是分子晶體，高聚氮是原子晶體；A；
（2）在[Co（N₃）（NH₃）₅]SO₄中，根據(jù)化合價(jià)代數(shù)和為零，設(shè)鈷的化合價(jià)為+x，+x+（-1）+（-2）=0，解得x=+3價(jià)，它的配體是N₃^-、NH₃，SO₄^2-中，價(jià)層電子對數(shù)=σ 鍵個(gè)數(shù)+$\frac{1}{2}$（a-xb）=4+$\frac{1}{2}$（6+2-4×2）=4，含孤電子對數(shù)為0，雜化軌道數(shù)4，采取sp³雜化，分子形狀為正四面體形，
故答案為：+3；N₃^-、NH₃；正四面體形；
（3）A．HNO₂為弱酸，而HNO₃是強(qiáng)酸，酸性：HNO₃＞HNO₂，故A錯(cuò)誤；
B．N₂H₄中氮原子最外層有5個(gè)電子，形成三對共用電子對，另外還有一對孤電子對，氮原子采用的都是sp³雜化，故B正確；
C．NaN₃與KN₃的結(jié)構(gòu)類似，鈉離子半徑小于鉀離子半徑，所以NaN₃的晶格能＞KN₃的晶格能，故C錯(cuò)誤；
D．肼和亞硝酸（HNO₂）反應(yīng)時(shí)發(fā)生歸中反應(yīng)生成氫疊氮酸（HN₃），H和O元素未發(fā)生氧化還原反應(yīng)，故化學(xué)方程式為N₂H₄+HNO₂═HN₃+2H₂O，故D正確；
故答案為：BD；
（4）由5個(gè)N結(jié)合，都達(dá)到8電子結(jié)構(gòu)，且含有兩個(gè)N≡N三鍵，故N≡N只能在鏈端，其結(jié)構(gòu)為，兩個(gè)N-N為配位鍵，電子對由靠近三鍵的N提供，故中間的N原子需失去一個(gè)電子達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以N₅分子碎片所帶電荷是+1；由其結(jié)構(gòu)式寫出電子式為：，
故答案為：；
（5）晶胞中N原子處于體心，含有2個(gè)氮原子，F(xiàn)e原子處于頂點(diǎn)與面心、體心，F(xiàn)e原子個(gè)數(shù)為12×$\frac{1}{6}$+2×$\frac{1}{2}$+3=6，圖中六棱柱的體積為Vcm³，則晶胞的密度為ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{364}{V{N}_{A}}$g/cm³．
故答案為：$\frac{364}{V{N}_{A}}$g/cm³．

點(diǎn)評 本題是對物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及電離能、等電子體、配合物、電子式、晶胞計(jì)算等，注意掌握均攤法進(jìn)行有關(guān)晶胞計(jì)算，理解根據(jù)價(jià)層電子對互斥理論判斷立體構(gòu)型問題，側(cè)重于考查學(xué)生對基礎(chǔ)知識的應(yīng)用能力和對知識的遷移能力，題目難度中等．