【題目】[化學——選修3:物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)](15分)

我國科學家最近成功合成了世界上首個五氮陰離子鹽(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(用R代表)。回答下列問題:

(1)氮原子價層電子對的軌道表達式(電子排布圖)為_____________。

(2)元素的基態(tài)氣態(tài)原子得到一個電子形成氣態(tài)負一價離子時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射線衍射測得化合物R的晶體結(jié)構(gòu),其局部結(jié)構(gòu)如圖(b)所示。

從結(jié)構(gòu)角度分析,R中兩種陽離子的相同之處為_________,不同之處為__________。(填標號)

A.中心原子的雜化軌道類型 B.中心原子的價層電子對數(shù)

C.立體結(jié)構(gòu) D.共價鍵類型

R中陰離子N5-中的σ鍵總數(shù)為________個。分子中的大π鍵可用符號表示,其中m代表參與形成的大π鍵原子數(shù),n代表參與形成的大π鍵電子數(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____________。

圖(b)中虛線代表氫鍵,其表示式為(NH4+)N-HCl、____________、____________。

(4)R的晶體密度為d g·cm-3,其立方晶胞參數(shù)為a nm,晶胞中含有y個[(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl]單元,該單元的相對質(zhì)量為M,則y的計算表達式為______________。

答案】

(1)

(2)同周期隨著核電荷數(shù)依次增大,原子半徑逐漸變小,故結(jié)合一個電子釋放出的能量依次增大 N的2p能級處于半充滿狀態(tài),相對穩(wěn)定,不易結(jié)合一個電子

(3)ABD; C 5NA

(H3O+)O—HN (NH4+))N—HN

(4)

【解析】

(1)N原子位于第二周期第VA族,價電子是最外層電子,即電子排布圖是;

(2)根據(jù)圖(a),同周期隨著核電荷數(shù)依次增大,原子半徑逐漸變小,故結(jié)合一個電子釋放出的能量依次增大;氮元素的2p能級達到半滿狀態(tài),原子相對穩(wěn)定,不易失去電子;

(3)根據(jù)圖(b),陽離子是NH4和H3O,NH4中性原子N含有4個σ鍵,孤電子對數(shù)為(5-1-4×1)/2=0,價層電子對數(shù)為4,雜化類型為sp3,H3O中心原子是O,含有3個σ鍵,孤電子對數(shù)為(6-1-3)/2=1,空間構(gòu)型為正四面體形,價層電子對數(shù)為4,雜化類型為sp3,空間構(gòu)型為三角錐形,因此相同之處為ABD,不同之處為C;根據(jù)圖(b)N5中σ鍵總數(shù)為5NA個;根據(jù)信息,N5的大Π鍵應(yīng)是表示為:;根據(jù)圖(b)還有的氫鍵是:(H3O+)O—H…N (NH4+)N—H…N;

(4)根據(jù)密度的定義有,d=g/cm3,解得y=。

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