Question

4．由Cu、N、B、Ni等元素組成的新型材料有著廣泛用途．
（1）基態(tài) Cu⁺的最外層核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰或[Ar]3d¹⁰ ．
（2）研究者預(yù)想合成一個(gè)純粹由氮組成的新物種 N₅+N^3-，若N⁵⁺ 離子中每個(gè)氮原子均滿足8電子結(jié)構(gòu)，以下有關(guān)N⁵⁺ 推測(cè)正確的是C
A．N⁵⁺有24個(gè)電子
B． N⁵⁺離子中存在三對(duì)未成鍵的電子對(duì)
C． N⁵⁺陽(yáng)離子中存在兩個(gè)氮氮三鍵
（3）化合物A（H₃BNH₃）是一種潛在的儲(chǔ)氫材料，它可由六元環(huán)狀化合物（HB=NH）₃．通過(guò)3CH₄+2（HB=NH）₃+6H₂O→3CO₂+6H₃BNH₃制得．
①與上述化學(xué)方程式有關(guān)的敘述不正確的是A．（填標(biāo)號(hào)）
A．反應(yīng)前后碳原子的軌道雜化類型不變
B．CH₄、H₂O、CO₂分子空間構(gòu)型分別是：正四面體形、V形、直線形
C．第一電離能：N＞O＞C＞B
D．化合物A中存在配位鍵
②1個(gè)（HB=NH）₃分子中有12個(gè)σ鍵．
（4）在硼酸鹽中，陰離子有鏈狀、環(huán)狀等多種結(jié)構(gòu)形式．圖（a）是一種鏈狀結(jié)構(gòu)的多硼酸根，則多硼酸根離子符號(hào)為[BO₂]_n^n-（或BO₂^-）圖（b）是硼砂晶體中陰離子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其中硼原子采取的雜化類型為sp²、sp³．

（5）NiO晶體結(jié)構(gòu)與NaCl晶體類似，其晶胞的棱長(zhǎng)為acm，則該晶體中距離最近的兩個(gè)陽(yáng)離子核間的距離為$\frac{\sqrt{2}}{2}$a（用含有a的代數(shù)式表示）．在一定溫度下，Ni0晶體可以自發(fā)地分散并形成“單分子層”（如圖（c）），可以認(rèn)為氧離子作密致單層排列，鎳離子填充其中，列式并計(jì)算每平方米面積上分散的該晶體的質(zhì)量為1.83×10^-3g（氧離子的半徑為1.40×10^-10m，$\sqrt{3}$≈l.732）．

Answer 1

分析 （1）Cu原子失去1個(gè)電子生成Cu⁺，Cu⁺核外有28個(gè)電子，失去的電子數(shù)是其最外層電子數(shù)，根據(jù)構(gòu)造原理書(shū)寫(xiě)Cu⁺基態(tài)核外電子排布式；
（2）A．N₅⁺是由N₅分子失去1個(gè)電子得到的，1個(gè)N₅分子是由5個(gè)氮原子構(gòu)成的，據(jù)此進(jìn)行分析解答．
B．N₅⁺離子中每個(gè)氮原子均滿足8電子結(jié)構(gòu)，每個(gè)N原子形成3個(gè)共用電子對(duì)，還剩一對(duì)未成鍵電子；
C．N₅⁺離子的結(jié)構(gòu)為；

（3）①由方程式可知：碳元素由CH₄變?yōu)镃O₂，碳原子雜化類型由sp³轉(zhuǎn)化為sp；
②根據(jù)無(wú)機(jī)苯中氮原子和硼原子都采取sp²雜化分析；
（4）有1個(gè)O連著一個(gè)B，剩余的兩個(gè)O分別連著2個(gè)B，說(shuō)明有一個(gè)O完全屬于B，剩下的兩個(gè)O，B只占有O的$\frac{1}{2}$；硼砂晶體中陰離子[B₄O₅（OH）₄]^2-中一半sp³雜化形成BO₄四面體；另一種是sp²雜化形成BO₃平面三角形結(jié)構(gòu)；
（5）根據(jù)氯化鈉的結(jié)構(gòu)知，氧離子和相鄰的鎳離子之間的距離為 $\frac{1}{2}$a，距離最近的兩個(gè)陽(yáng)離子核間的距離是距離最近的氧離子和鎳離子距離的 $\sqrt{2}$倍，根據(jù)圖片知，每個(gè)氧化鎳所占的面積=1.40×10^-10m×1.40×10^-10m×sin60°，每個(gè)氧化鎳的質(zhì)量=$\frac{74.7}{N{\;}_{A}}$g，每個(gè)氧化鎳的質(zhì)量乘以每平方米含有的氧化鎳個(gè)數(shù)就是每平方米含有的氧化鎳質(zhì)量．

解答 解：（1）Cu原子失去1個(gè)電子生成Cu⁺，Cu⁺核外有28個(gè)電子，失去的電子數(shù)是其最外層電子數(shù)，根據(jù)構(gòu)造原理知Cu⁺基態(tài)核外電子排布式1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰或[Ar]3d¹⁰ ，故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰或[Ar]3d¹⁰ ； 
（2）A．1個(gè)氮原子中含有7個(gè)電子，則1個(gè)N₅分子中含有35個(gè)電子，N₅⁺是由N₅分子失去1個(gè)電子得到的，則1個(gè)N₅⁺粒子中有34個(gè)電子，故A錯(cuò)誤；
B．N₅⁺離子中每個(gè)氮原子均滿足8電子結(jié)構(gòu)，每個(gè)N原子形成3個(gè)共用電子對(duì)，還剩一對(duì)未成鍵電子，所以N₅⁺離子中存在五對(duì)未成鍵的電子對(duì)，故B錯(cuò)誤；
C．N₅⁺離子的結(jié)構(gòu)為，則N₅⁺陽(yáng)離子中存在兩個(gè)氮氮三鍵，故C正確；
故選：C；
（3）①3CH₄+2（HB=NH）₃+6H₂O→3CO₂+6H₃BNH₃，
A．由CH₄變?yōu)镃O₂，碳原子雜化類型由sp³轉(zhuǎn)化為sp，反應(yīng)前后碳原子的軌道雜化類型已經(jīng)改變，故A錯(cuò)誤；
B．CH₄分子中價(jià)層電子對(duì)=σ 鍵電子對(duì)+中心原子上的孤電子對(duì)=4+$\frac{1}{2}$×（4-4×1）=4，且不含孤電子對(duì)，所以其空間構(gòu)型是正四面體，H₂O中價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)=2+$\frac{1}{2}$×（6-2×1）=4，且含有2個(gè)孤電子對(duì)，所以H₂O的VSEPR模型為四面體，分子空間構(gòu)型為V型，、CO₂分子中價(jià)層電子對(duì)=σ 鍵電子對(duì)+中心原子上的孤電子對(duì)=2+$\frac{1}{2}$×（4-2×2）=2，所以二氧化碳是直線型結(jié)構(gòu)，故B正確；
C．同一周期元素中，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而呈增大趨勢(shì)，但第IIA族、第VA族元素的第一電離能大于相鄰元素，這幾種元素都是第二周期元素，它們的族序數(shù)分別是：第IIIA族、第IVA族、第VA族、第VIA族，所以它們的第一電離能大小順序是I₁（N）＞I₁（O）＞I₁（C）＞I₁（B），故C正確；
D．B一般是形成3個(gè)鍵，（H₃BNH₃）由六元環(huán)狀化合物（HB=NH）₃通過(guò)3CH₄+2（HB=NH）₃+6H₂O→3CO₂+6H₃BNH₃制得，其中1個(gè)鍵是配位鍵，故D正確；
故答案為：A；     
②1個(gè)（HB=NH）₃分子中硼原子與氮原子間以σ鍵結(jié)合，而剩余的p軌道形成一個(gè)共軛大π鍵．B-H鍵有3個(gè)，N-H鍵有3個(gè)，B-N有σ鍵有6個(gè)，故一共12個(gè)；
故答案為：12；
（4）圖（a）是一種鏈狀結(jié)構(gòu)的多硼酸根，從圖可看出，每個(gè)BO₃^2-單元，都有一個(gè)B，有一個(gè)O完全屬于這個(gè)單元，剩余的2個(gè)O分別為2個(gè)BO₃^2-單元共用，所以B：O=1：（1+2×$\frac{1}{2}$）=1：2，化學(xué)式為：[BO₂]_n^n-（或BO₂^-），從圖（b）是硼砂晶體中陰離子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)可看出，[B₄O₅（OH）₄]^2-一半sp³雜化形成兩個(gè)四配位BO₄四面體；另一半是sp²雜化形成兩個(gè)三配位BO₃平面三角形結(jié)構(gòu)，
故答案為：[BO₂]_n^n-（或BO₂^-）；sp²、sp³．
（5）根據(jù)氯化鈉的結(jié)構(gòu)知，氧離子和相鄰的鎳離子之間的距離為 $\frac{1}{2}$a，距離最近的兩個(gè)陽(yáng)離子核間的距離是距離最近的氧離子和鎳離子距離的 $\sqrt{2}$倍，所以其距離是 $\frac{\sqrt{2}}{2}$acm；
根據(jù)圖片知，每個(gè)氧化鎳所占的面積=$\frac{4×1.40×10{\;}^{-10}m×8×1.40×10{\;}^{-10}m×sin60°}{8}$，則每平方米含有的氧化鎳個(gè)數(shù)=$\frac{1}{4×1.4×10{\;}^{-10}×1.4×10{\;}^{-10}Sin60°}$，每個(gè)氧化鎳的質(zhì)量=$\frac{74.7}{N{\;}_{A}}$g，所以每平方米含有的氧化鎳質(zhì)量=$\frac{74.7}{N{\;}_{A}}$g×$\frac{1}{4×1.4×10{\;}^{-10}×1.4×10{\;}^{-10}Sin60°}$=1.83×10^-3，
故答案為：$\frac{\sqrt{2}}{2}$a；1.83×10^-3．

點(diǎn)評(píng) 本題考查學(xué)生對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)模塊的掌握情況，重點(diǎn)考查結(jié)構(gòu)知識(shí)，涉及電離能、電子排布式、原子半徑、空間結(jié)構(gòu)、雜化軌道、化學(xué)式、晶體的計(jì)算等，考查知識(shí)全面、覆蓋廣，難度適中，可以衡量學(xué)生對(duì)該模塊主干知識(shí)的掌握情況．