Question

5．由 Cu、N、B、Ni 等元素組成的新型材料有著廣泛用途．
（1）科學(xué)家通過 X射線推測膽礬中既含有配位鍵，又含有氫鍵，其結(jié)構(gòu)示意圖可簡單表示如圖，其中配位鍵和氫鍵均采用虛線表示．

①寫出基態(tài)Cu原子的核外電子排布式1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹或[Ar]3d¹⁰4s¹．
②寫出膽礬晶體中水合銅離子的結(jié)構(gòu)簡式（必須將配位鍵表示出來）．
③水分子間存在氫鍵，請你列舉兩點事實說明氫鍵對水的性質(zhì)的影響水的熔、沸點較高，結(jié)冰時密度減小．
（2）化學(xué)工作者已合成一些純粹由氮組成的新物種N₅⁺、N₃^-等．若N₅⁺離子中每個氮原子均滿足8電子結(jié)構(gòu)，以下有關(guān)N₅⁺推測正確的是c．
a．N₅⁺離子有24個電子　　　　　　
b．N₅⁺離子中存在三對未成鍵的電子對
c．N₅⁺陽離子中存在兩個氮氮三鍵
（3）化合物A（H₃BNH₃）是一種潛在的儲氫材料，它可由六元環(huán)狀化合物（HB=NH）₃通過3CH₄+2（HB=NH）₃+6H₂O→3CO₂+6H₃BNH₃制得．
①與上述化學(xué)方程式有關(guān)的敘述不正確的是a（填序號）．
a．反應(yīng)前后碳原子的軌道雜化類型不變
b．CH₄、H₂O、CO₂分子空間構(gòu)型分別是：正四面體形、V形、直線形
c．第一電離能：N＞O＞C＞B
②1個（HB=NH）₃分子中有12個σ鍵．
（4）在硼酸鹽中，陰離子有鏈狀、環(huán)狀等多種結(jié)構(gòu)形式．圖（a）是一種鏈狀結(jié)構(gòu)的多硼酸根，則多硼酸根離子符號為[BO₂]_n^n-（或BO₂^-）．

（5）在一定溫度下，NiO晶體可以自發(fā)地分散并形成“單分子層”（如圖（b），可以認(rèn)為氧離子作致密單層排列，鎳離子填充其中，列式并計算每平方米面積上分散的該晶體的質(zhì)量為1.83×10^-3g（氧離子的半徑為1.40×10^-10 m，$\sqrt{3}$≈1.732）．

Answer 1

分析 （1）①銅是29號元素，其原子核外有29個電子，根據(jù)構(gòu)造原理書寫其基態(tài)原子核外電子排布式；
②CuSO₄•5H₂O中銅離子含有空軌道，水分子含有孤對電子對，銅離子與水分子之間形成配位鍵，銅離子配體數(shù)為4；（5）根據(jù)圖片知，每個氧化鎳所占的面積=1.40×10^-10m×1.40×10^-10m×sin60°，每個氧化鎳的質(zhì)量=$\frac{74.7}{{N}_{A}}$g，每個氧化鎳的質(zhì)量乘以每平方米含有的氧化鎳個數(shù)就是每平方米含有的氧化鎳質(zhì)量；③氫鍵較一般分子間作用力強(qiáng)，影響物質(zhì)的物理性質(zhì)；
（2）a．1個氮原子中含有7個電子，則1個N₅分子中含有35個電子，N₅⁺是由N₅分子失去1個電子得到的，則1個N₅⁺粒子中有34個電子，故a錯誤；
b．N₅⁺離子中每個氮原子均滿足8電子結(jié)構(gòu)，每個N原子形成3個共用電子對，還剩一對未成鍵電子，所以N₅⁺離子中存在五對未成鍵的電子對，故b錯誤；
c．N₅⁺離子的結(jié)構(gòu)為，則N₅⁺陽離子中存在兩個氮氮三鍵，故c確；

（3）①由方程式可知：碳元素由CH₄變?yōu)镃O₂，碳原子雜化類型由sp³轉(zhuǎn)化為sp；
②根據(jù)（HB=NH）₃結(jié)構(gòu)與苯相似進(jìn)行分析；
（4）從圖可看出，每個BO₃^2-單元，都有一個B，有一個O完全屬于這個單元，剩余的2個O分別為2個BO₃^2-單元共用；
（5）根據(jù)圖片可以推算每個氧化鎳所占的面積=1.40×10^-10m×1.40×10^-10m×sin60°，每個氧化鎳的質(zhì)量=$\frac{74.7}{{N}_{A}}$g，每個氧化鎳的質(zhì)量乘以每平方米含有的氧化鎳個數(shù)就是每平方米含有的氧化鎳質(zhì)量．

解答 解：（1）①銅是29號元素，其原子核外有29個電子，根據(jù)構(gòu)造原理知，結(jié)合能量最低原理書寫電子排布式，其基態(tài)原子核外電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹或[Ar]3d¹⁰4s¹，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹或[Ar]3d¹⁰4s¹；
②CuSO₄•5H₂O中銅離子含有空軌道，水分子含有孤對電子對，銅離子與水分子之間形成配位鍵，銅離子配體數(shù)為4．水合銅離子的結(jié)構(gòu)簡式為，故答案為：；
由 Cu、N、B、Ni 等元素組成的新型材料有著廣泛用途．
③氫鍵較一般分子間作用力強(qiáng)，影響物質(zhì)的物理性質(zhì)，氫鍵較一般分子間作用力強(qiáng)，所以水的熔、沸點較高，由于氫鍵具有方向性，結(jié)冰時，氫鍵增多，體積增大，密度減小，故答案為：水的熔、沸點較高，結(jié)冰時密度減小；
（2）a．1個氮原子中含有7個電子，則1個N₅分子中含有35個電子，N₅⁺是由N₅分子失去1個電子得到的，則1個N₅⁺粒子中有34個電子，故a錯誤；
b．N₅⁺離子中每個氮原子均滿足8電子結(jié)構(gòu)，每個N原子形成3個共用電子對，還剩一對未成鍵電子，所以N₅⁺離子中存在五對未成鍵的電子對，故b誤；
c．N₅⁺離子的結(jié)構(gòu)為，則N₅⁺陽離子中存在兩個氮氮三鍵，故c確；故答案選a；
（3）①3CH₄+2（HB=NH）₃+6H₂O→3CO₂+6H₃BNH₃，
a．CH₄變?yōu)镃O₂，碳原子雜化類型由sp³轉(zhuǎn)化為sp，反應(yīng)前后碳原子的軌道雜化類型已經(jīng)改變，故a誤；
b．H₄分子中價層電子對=σ 鍵電子對+中心原子上的孤電子對=4+$\frac{1}{2}$×（4-4×1）=4，且不含孤電子對，所以其空間構(gòu)型是正四面體，H₂O中價層電子對個數(shù)=2+$\frac{1}{2}$×（6-2×1）=4，且含有2個孤電子對，所以H₂O的VSEPR模型為四面體，分子空間構(gòu)型為V型，CO₂分子中價層電子對=σ 鍵電子對+中心原子上的孤電子對=2+$\frac{1}{2}$×（4-2×2）=2，所以二氧化碳是直線型結(jié)構(gòu)，故b確；
c．一周期元素中，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而呈增大趨勢，但第IIA族、第VA族元素的第一電離能大于相鄰元素，這幾種元素都是第二周期元素，它們的族序數(shù)分別是：第IIIA族、第IVA族、第VA族、第VIA族，所以它們的第一電離能大小順序是I₁（N）＞I₁（O）＞I₁（C）＞I₁（B），故c確；故答案為：c；
②1個（HB=NH）₃分子中硼原子與氮原子間以σ鍵結(jié)合，而剩余的p軌道形成一個共軛大π鍵．B-H鍵有3個，N-H鍵有3個，B-N有σ鍵有6個，故一共12個；故答案為：12；
（4）圖（a）是一種鏈狀結(jié)構(gòu)的多硼酸根，從圖可看出，每個BO₃^2-單元，都有一個B，有一個O完全屬于這個單元，剩余的2個O分別為2個BO₃^2-單元共用，所以B：O=1：（1+2×$\frac{1}{2}$）=1：2，故答案為為：[BO₂]_n^n-（或BO₂^-）；
（5）根據(jù)圖片知，每個氧化鎳所占的面積=1.40×10^-10m×1.40×10^-10m×sin60°，1平方米含有的氧化鎳個數(shù)=$\frac{1}{1.40×10-10m×1.40×10-10m×sin60°}$，每個氧化鎳的質(zhì)量=$\frac{74.7}{{N}_{A}}$g，所以每平方米含有的氧化鎳質(zhì)量=$\frac{74.7}{{N}_{A}}$×$\frac{1}{1.40×10-10m×1.40×10-10m×sin60°}$=1.83×10^-3g；故答案為：1.83×10^-3．

點評 本題考查了原子核外電子排布式的書寫、配位鍵的表示方法、原子雜化方式的判斷等知識點，根據(jù)構(gòu)造原理、配位鍵的概念、價層電子對互斥理論來分析解答即可，難度中等．