Question

【題目】2017年1月27日,南京理工大學胡炳成教授團隊成功合成世界上首個全氮陰離子鹽,這使我國在高儲能材料研制上達到世界先進水平。

(1)基態(tài)氮原子核外兩種不同自旋狀態(tài)的電子數(shù)之比為________________。

(2)氮的單質(zhì)除了N2外,還有N4、N6、N8等,現(xiàn)有兩種結(jié)構(gòu)的N4分子A和B,A的分子結(jié)構(gòu)與白磷相似,其分子構(gòu)型為________________;B分子中4個氮原子在同一平面上，氮原子的雜化方式為________________。

(3)全氮陰離子最先制得的是N3-,寫出與N3-互為等電子體的兩種分子的化學式________________。

(4)試從物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的角度解釋全氮化合物爆炸時可釋放巨大能量的主要原因________________。

(5)全氮陰離子N5-為平面正五邊形,稱為五唑氮離子,每個N5-離子內(nèi)有___個π電子，五唑氮的鈉鹽、鉀鹽很不穩(wěn)定。胡教授團隊合成的鹽為(H3O)4(NH4)2(N5)5Cl,這種鹽分解溫度高達116.8℃。該鹽熱穩(wěn)定性好的主要原因是________________。

(6)六方氮化硼晶體結(jié)構(gòu)與石墨晶體相似,層間相互作用力為___________。六方氮化硼在高溫高壓下,可以轉(zhuǎn)化為立方氮化硼。立方氮化硼的結(jié)構(gòu)和硬度都與金剛石相似，晶胞邊長為361.5pm,立方氮化硼的密度是______g/cm3(只要求列算式)。

Answer 1

【答案】 2∶5(或5∶2) 正四面體形 sp2雜化 CO2 N2O 全氮化合物爆炸生成氮氣，氮分子中含有氮氮三鍵，鍵能很大，非常穩(wěn)定 6 五唑氮離子(N5-)與H3O+、NH4+之間既形成離子鍵，又形成大量的氫鍵，提高了分解的能量 分子間作用力(或范德華力)

【解析】(1) 氮原子核電荷數(shù)為7，核外電子排布為1s22s22p3，基態(tài)核外兩種不同自旋狀態(tài)的電子數(shù)之比為2∶5(或5∶2)；正確答案：2∶5(或5∶2)。

(2) 白磷為正四面體結(jié)構(gòu)，A的分子結(jié)構(gòu)與白磷相似,其分子構(gòu)型為正四面體形；分子中4個氮原子在同一平面上，氮氮之間即存在為雙鍵，也存在單鍵，所以價層電子對數(shù)為2+1=3，氮原子的雜化方式為sp2雜化；正確答案：正四面體形；sp2雜化。

（3）等電子體是指具有原子總數(shù)相同、電子總數(shù)相同的微粒，與N3-互為等電子體的兩種分子可以是CO2 和N2O；正確答案：CO2 和N2O。

(4)全氮化合物爆炸時可釋放巨大能量的主要原因：全氮化合物爆炸生成氮氣，氮分子中含有氮氮三鍵，鍵能很大，非常穩(wěn)定；正確答案：全氮化合物爆炸生成氮氣，氮分子中含有氮氮三鍵，鍵能很大，非常穩(wěn)定。

(5) N5-的大π鍵上除了有5個N自身的p電子外,還有這個分子簇成為陰離子所獲得的電子,所以總共有6個π電子；鹽(H3O)4(NH4)2(N5)5Cl分解溫度高達116.8℃，該鹽熱穩(wěn)定性好的主要原因是：五唑氮離子(N5-)與H3O+、NH4+之間既形成離子鍵，又形成大量的氫鍵，提高了分解的能量；正確答案：6；五唑氮離子(N5-)與H3O+、NH4+之間既形成離子鍵，又形成大量的氫鍵，提高了分解的能量。

(6) 石墨晶體中每一層中碳碳間為共價鍵，層與層之間為分子間作用力；立方氮化硼的結(jié)構(gòu)和硬度都與金剛石相似，所以晶胞中含有氮原子個數(shù)為8×1/8+6×1/2=4，含有硼原子個數(shù)為 4，因此，晶胞含有4個氮化硼粒子，晶胞體積為(361.5×10-10)3 cm3，晶胞質(zhì)量為4×（14+11）/NAg；所以立方氮化硼的密度=（4×25/NA）÷(361.5×10-10)3g/cm3；正確答案：分子間作用力(或范德華力)；（4×25/NA）÷(361.5×10-10)3。