Question

【題目】1906年，哈伯在60℃高溫、200兆帕高壓的條件下，用鋨(Os)作催化劑，首次成功得到了氨，但產(chǎn)率較低。隨著科學(xué)的進(jìn)步以及科學(xué)家們對催化劑的研究改進(jìn)，現(xiàn)在工業(yè)上普遍采用鐵觸媒（主要成分為Fe3O4，助催化劑：K2O、Al2O3、CaO、MgO、CoO等）做合成氨的催化劑，大大提高了合成氨的產(chǎn)率。回答下列問題：

（1）已知元素Co(鈷）的原子核內(nèi)有27個(gè)質(zhì)子，則該元素基態(tài)原子價(jià)電子排布式為___。

（2）元素Fe的基態(tài)原子核外未成對電子數(shù)為___；Fe2+與Fe3+相比較，___更穩(wěn)定。

（3）C、N、O處于同一周期，其中第一電離能最大的___，電負(fù)性最大的是___，它們與氫形成的簡單氫化物沸點(diǎn)從高到低的順序?yàn)?/span>___。

（4）NH3分子中N原子的雜化方式為___；氨氣極易溶于水（溶解度1：700)，除了氨氣能與水發(fā)生反應(yīng)外，還有兩個(gè)原因分別是___、___。

（5）我國長征系列運(yùn)載火箭使用的液態(tài)燃料主要是偏二甲肼［結(jié)構(gòu)簡式：(CH3)2NNH2，可看作是肼(NH2NH2)中同一氮原子上的兩個(gè)氫原子被甲基取代］和四氧化二氮，燃燒時(shí)發(fā)生反應(yīng)：(CH3)2NNH2+2N2O4=2CO2+4H2O+3N2。當(dāng)該反應(yīng)消耗1molN2O4時(shí)將形成___molπ鍵。

Answer 1

【答案】3d74s2 4 Fe3+ N O H2O＞NH3＞CH4 sp3 氨氣與水均為極性分子或相似相溶 氨氣分子與水分子之間可以形成氫鍵 5

【解析】

(1)已知元素Co(鈷)的原子核內(nèi)有27個(gè)質(zhì)子，質(zhì)子數(shù)等于原子核外電子數(shù)，則該元素基態(tài)原子核外電子排布式為：[Ar]3d74s2，價(jià)電子排布式為3d74s2；

(2)元素Fe的基態(tài)原子核外排布式為1s22s22p63s23p63d64s2，3d軌道上有6個(gè)電子，根據(jù)洪特規(guī)則，電子優(yōu)先占據(jù)一個(gè)空軌道，則核外未成對電子數(shù)為4；Fe2+價(jià)層電子排布為1s22s22p63s23p63d6，Fe3+價(jià)層電子排布為1s22s22p63s23p63d5，Fe3+的3d軌道上處于半充滿穩(wěn)定狀態(tài)，Fe3+更穩(wěn)定；

(3)C、N、O處于同一周期，隨核電荷數(shù)增大，第一電離能逐漸增大，但N原子核外電子2p軌道上電子處于半充滿穩(wěn)定狀態(tài)，第一電離比相鄰元素大，其中第一電離能最大的為N元素；同一周期，隨核電荷數(shù)增大，電負(fù)性逐漸增大，電負(fù)性最大的是O；C、N、O三種元素的最簡單氫化物分別為：CH4、NH3、H2O，由于氨氣、水均能形成氫鍵，故三者沸點(diǎn)從高到低的順序?yàn)椋?/span>H2O＞NH3＞CH4；

(4)NH3分子中N原子的價(jià)電子對數(shù)=3+=4，則N雜化方式為sp3；氨氣極易溶于水(溶解度1：700)，除了氨氣能與水發(fā)生反應(yīng)外，還有兩個(gè)原因分別是氨氣與水均為極性分子或相似相溶、氨氣分子與水分子之間可以形成氫鍵；

(5)一個(gè)N2分子由氮氮三鍵結(jié)合而成，三鍵中含有一個(gè)σ鍵和2個(gè)π鍵，一個(gè)CO2分子中含有兩個(gè)碳氧雙鍵，每個(gè)雙鍵中一個(gè)σ鍵和1個(gè)π鍵，根據(jù)反應(yīng)(CH3)2NNH2+2N2O4=2CO2+4H2O+3N2，當(dāng)該反應(yīng)消耗1molN2O4時(shí)將生成1mol CO2和mol N2，則形成π鍵的物質(zhì)的量=1mol×2+mol×2=5mol。