Question

【題目】我國(guó)科學(xué)家最近成功合成了世界上首個(gè)五氮陰離子鹽(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl（用R代表）。回答下列問(wèn)題：

(1)氮原子價(jià)層電子的軌道表達(dá)式（電子排布圖）為_____________。

(2)元素的基態(tài)氣態(tài)原子得到一個(gè)電子形成氣態(tài)負(fù)一價(jià)離子時(shí)所放出的能量稱作第一電子親和能（E1）。第二周期部分元素的E1變化趨勢(shì)如圖（a）所示，其中除氮元素外，其他元素的E1自左而右依次增大的原因是___________；氮元素的E1呈現(xiàn)異常的原因是__________。

(3)經(jīng)X射線衍射測(cè)得化合物R的晶體結(jié)構(gòu)，其局部結(jié)構(gòu)如圖（b）所示。

①?gòu)慕Y(jié)構(gòu)角度分析，R中兩種陽(yáng)離子的相同之處為_________，不同之處為__________。（填標(biāo)號(hào)）

A．中心原子的雜化軌道類型 B． 中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)

C．立體結(jié)構(gòu) D．共價(jià)鍵類型

②R中陰離子N5中的σ鍵總數(shù)為________個(gè)。分子中的大π鍵可用符號(hào)表示，其中m代表參與形成大π鍵的原子數(shù)，n代表參與形成大π鍵的電子數(shù)（如苯分子中的大π鍵可表示為），則N5—中的大π鍵應(yīng)表示為____________。

③圖（b）中虛線代表氫鍵，其表示式為(NH4+)NH…Cl、____________、____________。

(4)R的晶體密度為d g·cm3，其立方晶胞參數(shù)為a nm，晶胞中含有y個(gè)單元，該單元的相對(duì)質(zhì)量為M，則y的計(jì)算表達(dá)式為______________。

Answer 1

【答案】 同周期元素隨核電荷數(shù)依次增大，原子半徑逐漸變小，故結(jié)合一個(gè)電子釋放出的能量依次增大 N原子的2p軌道為半充滿狀態(tài)，具有額外穩(wěn)定性，故不易結(jié)合一個(gè)電子 ABD C 5 (H3O+)O-H…N(N5-) (NH4+)N-H…N(N5-)

【解析】

(1)氮原子價(jià)層電子為最外層電子，即2s22p3，則電子排布圖為；

(2)元素的非金屬性越強(qiáng)，越易得到電子，則第一電子親和能越大，同周期從左到右核電荷數(shù)依次增大，半徑逐漸減小，從左到右易結(jié)合電子，放出的能量增大；N的最外層為半充滿結(jié)構(gòu)，較為穩(wěn)定，不易結(jié)合一個(gè)電子；答案為同周期元素隨核電荷數(shù)依次增大，原子半徑逐漸變小，故結(jié)合一個(gè)電子釋放出的能量依次增大；N原子的2p軌道為半充滿狀態(tài)，具有額外穩(wěn)定性，故不易結(jié)合一個(gè)電子；

(3)圖示中的陽(yáng)離子分別為H3O＋和NH4＋；

①A．陽(yáng)離子為H3O＋和NH4＋，NH4＋中心原子N形成4個(gè)σ鍵，孤電子對(duì)數(shù)為價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4，雜化類型為sp3；H3O＋中心原子是O，形成3σ鍵，孤電子對(duì)數(shù)為，價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4，為sp3雜化；

B．由以上分析可知H3O＋和NH4＋中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)都為4；

C．NH4＋為空間構(gòu)型為正四面體，H3O＋為空間構(gòu)型為三角錐形；

D．含有的共價(jià)鍵類型都為σ鍵。

兩種陽(yáng)離子的相同之處為ABD，不同之處為C；

②根據(jù)圖（b）N5－中σ鍵總數(shù)為5個(gè)；根據(jù)圖示，每個(gè)N原子和周邊的N原子形成2個(gè)鍵，則每個(gè)N原子還有1個(gè)2P軌道沒(méi)有成鍵。可知5個(gè)N原子，共有5個(gè)2p軌道，形成一個(gè)大π鍵，該大π鍵含有5+1個(gè)=6電子，可用符號(hào)表示；

③O、N的非金屬性較強(qiáng)，對(duì)應(yīng)的O-H、N-H都可與N形成氫鍵，根據(jù)圖示，氫鍵還有2種，可表示為(H3O+)O-H…N(N5-)、(NH4+)N-H…N(N5-)；

(4)由，NA=6.02×1023mol－1，帶入數(shù)據(jù)，得。