Question

【題目】氮及其化合物在科學研究和化工生產等領域都有著廣泛的應用。請回答下列問題：

（1）與氮元素同族的第四周期元素的基態原子價層電子軌道表達式為___________。

（2）尿素分子的結構簡式為：CO(NH2)2，該分子中σ鍵數目為___________，實驗測得：分子中的所有原子在同一平面內，尿素中的碳氧鍵（125pm）比典型的碳氧雙鍵（121pm）長，而尿素中的碳氮鍵（137pm）比典型的碳氮單鍵（147pm）短，說明分子中存在____________。

（3）氨分子構型為_________，氨晶體中，氨分子中的每個H 均參與一個氫鍵的形成，1 mol固態氨中有_____mol氫鍵。

（4）通常認為Cu3N是離子晶體，其晶格能可通過圖(a)的Born-Haber循環計算得到。

可知， Cu原子的第一電離能為_____kJmol1，N≡N鍵鍵能為_____kJmol1，Cu3N晶格能為_____kJmol1。

（5）Cu3N晶體的晶胞如圖(b)所示。晶胞邊長為anm，晶胞中N3- 位于Cu+所形成的正八 面體的體心，該正八面體的邊長為____nm。

Answer 1

【答案】 7 π46 三角錐形 3 756 936 5643 a

【解析】

（1）與氮元素同族的第四周期元素為As，其原子價層電子軌道式為；

（2）尿素的結構簡式為，成鍵原子之間只能形成一個σ鍵，因此該尿素分子中含有σ鍵的數目為7，實驗測得：分子中的所有原子在同一平面內，尿素中的碳氧鍵（125pm）比典型的碳氧雙鍵（121pm）長，而尿素中的碳氮鍵（137pm）比典型的碳氮單鍵（147pm）短，類似與苯中碳碳鍵介于碳碳單鍵和碳碳雙鍵之間的鍵，說明尿素分子中氮原子的孤電子對與C=O中的π鍵形成了一個4中心6電子的離域大π鍵，即分子中含有π46；

（3）NH3空間構型為三角錐形，“氨分子中的每個H均參與一個氫鍵的形成”可知，每一個H原子直接與兩個N原子鄰接，根據均分思想，每一個H原子將會給它周圍的每一個N原子貢獻1/2個H原子，在整體化學式為NH3的氨晶體中，每個N原子均分后應有三個H原子與其相鄰，因此在均分前的晶體結構中，每個N原子應與六個H原子鄰接，每個H原子參與一個氫鍵的形成，顯然，每個氫鍵只由一個H原子參與形成，根據均分思想，每個氨分子均分得到三個H原子，也即每個氨分子均分得到3個氫鍵，即1mol氨中有3mol氫鍵；

（4）根據第一電離能的定義，Cu原子的第一電離能為2268/3kJ·mol－1=756kJ·mol－1；鍵能是形成1mol化學鍵時需要放出最低的熱量，即氮氮三鍵的鍵能為468kJ·mol－1×2=936kJ·mol－1；設氮化亞銅的晶格能為U，根據蓋斯定律可知，1017+2268+468-1290-U=-3180（注意銅原子變為亞銅離子是吸熱的，而氮原子變為氮離子是放熱的），則U=5643kJ·mol-1,所以，Cu3N的晶格能為5643kJ·mol－1；

（5）晶胞中N3－ 位于Cu＋所形成的正八面體的體心，白球是Cu＋，黑球為N3－，則正八面體的邊長為面對角線為一半，即為anm。