Question

14．氮、磷及其化合物廣泛存在于自然界中，回答下列問題：
（1）在基態(tài)¹⁶N中，其P能級(jí)的電子云輪廓是啞鈴形，原子核外電子排布為1s²2s²2p³；
（2）堿性肥料氰氮化鈣（CaCN₂）的組成元素第一電離能最小的是Ca，CaCN₂和H₂O可發(fā)生如下反應(yīng)：CaCN₂+2H₂O=NH₄CN+Ca（OH）₂，則NH₄CN中含有5個(gè)δ鍵和2個(gè)π鍵．
（3）化合物（CH₃）₃N能溶于水，試解釋其原因（CH₃）₃N與水分子間形成氫鍵，（CH₃）₃N與水均為極性分子，相似相溶，化合物（CH₃）₃N與鹽酸反應(yīng)生成[（CH₃）₃NH]⁺，該過程新生成的化學(xué)鍵為配位鍵．
（4）陽離子[（CH₃）₃NH]⁺和陰離子A可按個(gè)數(shù)比4：1組成化合物，陰離子A的結(jié)構(gòu)如圖1所示：

則S原子以sp³雜化方式與Ge結(jié)合，陰離子A的化學(xué)式為[Ge₄S₁₀]^4-．
（5）BP是一種耐磨材料，其結(jié)構(gòu)與金剛石相似（如圖2），已知晶體中B與P原子的最近距離為apm，則該晶體密度的表達(dá)式為$\frac{4×42}{{N}_{A}×（\frac{4a}{\sqrt{3}}×1{0}^{-10}）^{3}}$g•cm^-3（不需化簡(jiǎn)）．

Answer 1

分析 （1）P能級(jí)的電子云輪廓是啞鈴形，N原子核外電子數(shù)為7，根據(jù)能量最低原理書寫核外電子排布；
（2）金屬性越強(qiáng)第一電離能越�。籒H₄⁺含有4個(gè)δ鍵，CN^-中含有碳氮三鍵，含有1個(gè)δ鍵和2個(gè)π鍵；
（3）N元素電負(fù)性很大，能與水分子之間形成氫鍵，結(jié)合相似相溶原理分析；氫離子含有空軌道，N原子含有孤對(duì)電子，通過配位鍵生成[（CH₃）₃NH]⁺；
（4）陽離子[（CH₃）₃NH]⁺和陰離子A可按個(gè)數(shù)比4：1組成化合物，陰離子A中含有4個(gè)Ge和10個(gè)S，結(jié)合電中性可知陰離子為[Ge₄S₁₀]^4-，結(jié)構(gòu)中6個(gè)S原子形成2個(gè)共價(jià)鍵，還含有2個(gè)孤對(duì)電子，其中4個(gè)S只形成一個(gè)共價(jià)鍵，則還要得到一個(gè)電子才能形成8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，含有3對(duì)孤電子對(duì)，雜化軌道數(shù)目均為4；
（5）B原子與周圍的4個(gè)P原子形成正四面體結(jié)構(gòu)，B原子與晶胞頂點(diǎn)P原子連線處于晶胞體對(duì)角線上，且距離為體對(duì)角線長(zhǎng)度的$\frac{1}{4}$，體對(duì)角線長(zhǎng)度為晶胞棱長(zhǎng)的$\sqrt{3}$倍，可以計(jì)算晶胞棱長(zhǎng)，根據(jù)均攤法計(jì)算晶胞中原子數(shù)目，表示出晶胞質(zhì)量，再根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算晶體密度．

解答 解：（1）P能級(jí)的電子云輪廓是啞鈴形，N原子核外電子數(shù)為7，核外電子排布式為1s²2s²2p³，
故答案為：?jiǎn)♀彛?s²2s²2p³；
（2）Ca為金屬，C、N為非金屬性，故Ca的第一電離能最��；NH₄⁺含有4個(gè)δ鍵，CN^-中含有碳氮三鍵，含有含有1個(gè)δ鍵和2個(gè)π鍵，故NH₄CN中含有5個(gè)δ鍵和2個(gè)π鍵，
故答案為：Ca；5；2；
（3）極性分子（CH₃）₃N和水之間形成氫鍵，所以溶解性增強(qiáng)，且二者均為極性分子，相似相溶，
化合物（CH₃）₃N與鹽酸反應(yīng)生成[（CH₃）₃ NH]⁺，氫離子含有空軌道，N原子含有孤對(duì)電子，該過程新生成的化學(xué)鍵為氮與質(zhì)子氫離子形成配位鍵，
故答案為：（CH₃）₃N與水分子間形成氫鍵，（CH₃）₃N與水均為極性分子，相似相溶；配位鍵；
（4）陽離子[（CH₃）₃NH]⁺和陰離子A可按個(gè)數(shù)比4：1組成化合物，陰離子A中含有4個(gè)Ge和10個(gè)S，結(jié)合電中性可知陰離子為[Ge₄S₁₀]^4-，結(jié)構(gòu)中6個(gè)S原子形成2個(gè)共價(jià)鍵，還含有2個(gè)孤對(duì)電子，其中4個(gè)S只形成一個(gè)共價(jià)鍵，則還要得到一個(gè)電子才能形成8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，含有3對(duì)孤電子對(duì)，雜化軌道數(shù)目均為4，屬于sp³雜化；
故答案為：sp³；[Ge₄S₁₀]^4-；
（5）B原子與周圍的4個(gè)P原子形成正四面體結(jié)構(gòu)，B原子與晶胞頂點(diǎn)P原子連線處于晶胞體對(duì)角線上，且距離為體對(duì)角線長(zhǎng)度的$\frac{1}{4}$，體對(duì)角線長(zhǎng)度為晶胞棱長(zhǎng)的$\sqrt{3}$倍，晶體中B與P原子的最近距離為a pm，則晶胞棱長(zhǎng)為$\frac{4a}{\sqrt{3}}$ pm，晶胞中B原子數(shù)目為4，P原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，故晶胞質(zhì)量為4×$\frac{11+31}{{N}_{A}}$g，則晶體密度為4×$\frac{11+31}{{N}_{A}}$g÷（$\frac{4a}{\sqrt{3}}$×10^-10 cm）³=$\frac{4×42}{{N}_{A}×（\frac{4a}{\sqrt{3}}×1{0}^{-10}）^{3}}$g•cm^-3，
故答案為：$\frac{4×42}{{N}_{A}×（\frac{4a}{\sqrt{3}}×1{0}^{-10}）^{3}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及核外電子排布、電離能、化學(xué)鍵、雜化方式、分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、晶胞計(jì)算等，注意晶胞密度的計(jì)算利用均攤法、注意理解同周期主族元素中第一電離能異常原因，理解價(jià)層電子對(duì)理論與雜化軌道理論．