Question

14．工業(yè)合成氨的原理是：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93.0kJ•mol^-1；
已知：N-N鍵能193kJ•mol^-1，N≡N鍵能946kJ•mol^-1
（1）按照軌道重疊方式可知，N₂分子中共價(jià)鍵類型為σ鍵、π鍵，其中較穩(wěn)定的是π鍵．
（2）合成氨常用鐵系催化劑，寫出基態(tài)鐵原子價(jià)電子排布圖．
（3）在較高溫度下，鐵對(duì)氮?dú)獾膹?qiáng)化學(xué)吸附是合成氨速率的決定步驟．其中一種吸附方式為：，該吸附方式能加快反應(yīng)速率的原因是氮氮三鍵變成了雙鍵，結(jié)構(gòu)發(fā)生改變．
（4）氨分子空間構(gòu)型是三角錐，其氮原子采用的軌道雜化方式為sp³，氨是極性（填“極性”、“非極性”）分子，能與水分子形成氫鍵，易溶于水．固態(tài)氨是面心立方晶胞，有關(guān)數(shù)據(jù)如下表：

X射線衍射	N-H鍵長(zhǎng)	N-N距離	H-N-H鍵角
數(shù)據(jù)	101.9pm	339.0pm	107°

（5）固態(tài)氨晶體中氨分子的配位數(shù)12．
（6）列式計(jì)算固體氨的密度．

Answer 1

分析 （1）N₂分子結(jié)構(gòu)式為N≡N，按原子軌道的重疊方式的不同存在的共價(jià)鍵類型有σ鍵、π鍵，N-N鍵即為σ鍵，而N≡N鍵中有一個(gè)σ鍵和兩個(gè)π鍵；
（2）Fe屬于26號(hào)元素，根據(jù)構(gòu)造原理書寫電子排布圖；
（3）該吸附方式使氮氮三鍵變成了氮氮雙鍵，鍵能減小，反應(yīng)速率加快；
（4）根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論確定微粒空間構(gòu)型和中心原子雜化方式的判斷，正負(fù)電荷重心重合的分子是非極性分子，正負(fù)電荷重心不重合的是極性分子；
（5）固態(tài)氨是面心立方晶胞，根據(jù)均攤法計(jì)算；
（6）根據(jù)晶體的密度$ρ=\frac{m}{V}$計(jì)算．

解答 解：（1）N₂分子結(jié)構(gòu)式為N≡N，按原子軌道的重疊方式的不同存在的共價(jià)鍵類型有σ鍵、π鍵，其中N-N鍵能193kJ•mol^-1，N≡N鍵能946kJ•mol^-1，所以π鍵較穩(wěn)定，
故答案為：σ鍵、π鍵；π鍵；
（2）Fe屬于26號(hào)元素，基態(tài)鐵原子價(jià)電子排布圖為，故答案為：；
（3）氮氮三鍵變成了雙鍵，結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，使得鍵能減小，故加快反應(yīng)速率，故答案為：氮氮三鍵變成了雙鍵，結(jié)構(gòu)發(fā)生改變；
（4）氨氣中氮原子含有3個(gè)σ鍵和1個(gè)孤電子對(duì)，所以其價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)是4，該分子屬于三角錐形結(jié)構(gòu)，采用sp³雜化，氨氣分子正負(fù)電荷重心不重合，所以是極性分子，故答案為：三角錐；sp³；極性；
（5）固態(tài)氨是面心立方晶胞，氨分子的配位數(shù)為3×$\frac{1}{2}$×8=12，故答案為：12；
（6）固態(tài)氨是面心立方晶胞，一個(gè)晶胞中含有氨分子的數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，N-N距離為339.0pm=3.39×10^-8cm，即晶胞體積V=（$\frac{\sqrt{2}}{2}$×2×3.39×10^-8cm）³，故晶胞密度$ρ=\frac{m}{V}$=故答$\frac{\frac{17g/mol}{6.02×1{0}^{23}mo{l}^{-1}}×4}{（\frac{\sqrt{2}}{2}×2×3.39×1{0}^{-8}cm）^{3}}$，
答：$\frac{\frac{17g/mol}{6.02×1{0}^{23}mo{l}^{-1}}×4}{（\frac{\sqrt{2}}{2}×2×3.39×1{0}^{-8}cm）^{3}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了原子核外電子排布圖、化學(xué)鍵、分子空間構(gòu)型、化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素、晶胞的計(jì)算等，難度中等，需要綜合應(yīng)用知識(shí)與能力．