Question

【題目】[化學(xué)一選修3:物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)]

氮和氧是地球上極為豐富的元素。請(qǐng)回答下列問(wèn)題:

(1)從原子軌道重疊方式考慮，氮分子中的共價(jià)鍵類型有____________；氮分子比較穩(wěn)定的原因是_________。

(2)C、N、O的第一電離能由大到小的順序?yàn)?/span>_____________(用元素符號(hào)表示)；NH3易溶于水而CH4難溶于水的原因是____________________________________________。

(3)X+中所有電子恰好充滿K、L、M3個(gè)電子層。

①X+與N3-形成的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示。X原子的核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有____種；基態(tài)N3-的電子排布式為______；與N3-等距離且最近的X+有______個(gè)。

②X2+和Zn2+分別可與NH3形成[X(NH3)4]2+、[Zn(NH3)4]2+，兩種配離子中提供孤電子對(duì)的原子均為_______(寫元素名稱)。已知兩種配離子都具有對(duì)稱的空間構(gòu)型，[Zn(NH3)4]2+中的兩個(gè)NH3被兩個(gè)Cl-取代只能得到一種結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物，而[X(NH3)4]2+中的兩個(gè)NH3被兩個(gè)Cl-取代能得到兩種結(jié)構(gòu)不同的產(chǎn)物，則[X(NH3)4]2+的空間構(gòu)型為_______；[Zn(NH3)4]2+中Zn的雜化類型為_______________。

(4)最新研究發(fā)現(xiàn)，水能凝結(jié)成13種類型的結(jié)晶體。除普通冰外，還有-30℃才凝固的低溫冰，180℃依然不變的熱冰，比水密度大的重冰等。重冰的結(jié)構(gòu)如圖所示。已知晶胞參數(shù)a=333.7pm，阿伏加德羅常數(shù)的值取6.02×1023，則重冰的密度為_______g.cm-3(計(jì)算結(jié)果精確到0.01)。

Answer 1

【答案】 σ鍵和π鍵 氮氮叁鍵的鍵能大 N>O>C NH3和H2O分子間形成氫鍵，CH4為非極性分子，不易溶于水 29 1s22s22p6 6 氮 平面正方形 sp3 1.61

【解析】(1)氮?dú)夥肿拥慕Y(jié)構(gòu)式為NN，其中的共價(jià)鍵類型為一個(gè)σ鍵和兩個(gè)π鍵，氮?dú)夥肿颖容^穩(wěn)定的原因就是氮氮叁鍵的鍵能大，不易被破壞；

(2)由于同周期元素的第一電離能從左到右一般是逐漸增大的，但N元素最外層的2p上只有3個(gè)電子，屬于半滿狀態(tài)，比較穩(wěn)定，所以N元素的第一電離能大于O元素的，因此C、N、O的第一電離能由大到小的順序?yàn)?/span>N>O>C；NH3分子中的N元素和水分子中的O元素都具有強(qiáng)的吸引電子能力，它們通過(guò)H原子在NH3分子和水分子間形成氫鍵，因此NH3易溶于水，但CH4中的C元素沒(méi)有強(qiáng)的吸引電子能力，且CH4為非極性分子，所以不能溶于極性的水中；

(3) ①X+中所有電子恰好充滿K、L、M3個(gè)電子層，則X原子核外電子數(shù)為2+8+18+1 =29，即X是29號(hào)元素Cu，因?yàn)樵�子核外沒(méi)有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同的兩個(gè)電子存在，所以Cu原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)共有29種；基態(tài)N3-的電子排布式為1s22s22p6；由晶體結(jié)構(gòu)圖可知與N3-等距離且最近的X+有6個(gè)，分別在棱的中點(diǎn)，位于N3-的上下、左右、前后六個(gè)位置；②NH3分子中的N原子上有孤電子對(duì)，所以兩種配離子中提供孤電子對(duì)的原子為氮元素；已知兩種配離子都具有對(duì)稱的空間構(gòu)型，[Zn(NH3)4]2+中的兩個(gè)NH3被兩個(gè)Cl-取代只能得到一種結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物，說(shuō)明該離子為正四面體結(jié)構(gòu)，其中Zn以sp3雜化提供四個(gè)完全等效的共價(jià)鍵，而[Cu(NH3)4]2+中的兩個(gè)NH3被兩個(gè)Cl-取代能得到兩種結(jié)構(gòu)不同的產(chǎn)物，說(shuō)明該離子為平面正方形結(jié)構(gòu)，兩個(gè)氯原子在同一邊上或在對(duì)角線上，是兩種不同的結(jié)構(gòu)；

(4)根據(jù)重冰的結(jié)構(gòu)可知，其中含有2個(gè)水分子，所以該晶胞的質(zhì)量為= g，其體積為a3=(3.337×10-8cm)3=3.72×10-23cm3，所以其密度為/3.72×10-23cm3 = 1.61 g/cm3。