Question

7．氮及其化合物與生產(chǎn)、生活聯(lián)系密切．回答下列問(wèn)題：

（1）基態(tài)¹⁵N中有7個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不相同的電子，砷元素位于第四周期且和氮元素同主族，基態(tài)砷原子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³．
（2）元素C、NO、的第一電離能由大到小排列的順序?yàn)镹＞O＞C（用元素符號(hào)表示），NF₃分子的空間構(gòu)型為三角錐形．
（3）氨基乙酸（H₂N-CH₂-COOH）中，碳原子的雜化軌道類(lèi)型有sp³、sp²；1molH₂N-CH₂-COOH中含有σ鍵的數(shù)目為9N_A，二氧化碳為氨基二酸分解的產(chǎn)物之一，寫(xiě)出二氧化碳的一種等電子體，N₂0、N^3-等（填化學(xué)式）
（4）三氟化硼與氨氣相遇，立即生成白色固體，寫(xiě)出該白色固體的結(jié)構(gòu)式；（標(biāo)注出其中的配位鍵）；利用“鹵化硼法”可合成含B和N兩種元素的功能陶瓷，圖1為該晶體的晶胞結(jié)構(gòu)，該功能陶瓷晶體的化學(xué)式為BN．
（5）鐵和氨氣在640℃時(shí)可發(fā)生置換反應(yīng)，其中一種產(chǎn)物的晶胞結(jié)構(gòu)如圖2所示，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為8Fe+2NH₃$\frac{\underline{\;640℃\;}}{\;}$2Fe₄N+3H₂．已知該晶胞的邊長(zhǎng)為anm，則該晶體的密度為$\frac{2.38×1{0}^{23}}{{a}^{3}{N}_{A}}$g?cm^-2（設(shè)N_A為阿伏加德羅常數(shù)的數(shù)值）．

Answer 1

分析 （1）基態(tài)¹⁵N中核外有7個(gè)電子，砷元素位于第四周期且和氮元素同主族，為33號(hào)元素，根據(jù)核外電子排布規(guī)律書(shū)寫(xiě)電子排布式；
（2）同周期元素從左向右，第一電離能逐漸增大，但第ⅡA和ⅤA元素由于最外層是充滿或半滿狀態(tài)，是一種穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，第一電離能高于同周期相鄰元素，根據(jù)NF₃分子中氮原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)及孤電子對(duì)數(shù)判斷分子的空間構(gòu)型；
（3）氨基乙酸（H₂N-CH₂-COOH）中，中的碳原子周?chē)�有四個(gè)σ鍵，羧基中的碳原子周?chē)�有三個(gè)σ鍵，沒(méi)有孤電子對(duì)，據(jù)此判斷；1molH₂N-CH₂-COOH中含有9個(gè)共價(jià)鍵，據(jù)此判斷σ鍵的數(shù)目，二氧化碳中有三個(gè)碳原子，價(jià)電子數(shù)為16，據(jù)此書(shū)寫(xiě)等電子體；
（4）根據(jù)晶體的熔沸點(diǎn)可判斷晶體類(lèi)型，硼元素具有缺電子性，其化合物可與具有孤電子對(duì)的分子或離子形成配合物，BF₃能與NH₃反應(yīng)生成BF₃•NH₃，N原子含有孤電子對(duì)；根據(jù)圖1，利用均攤法可確定化學(xué)式；
（5）鐵和氨氣在640℃可發(fā)生置換反應(yīng)生成氫氣和氮化鐵，利用均攤法確定氮化鐵的化學(xué)式，根據(jù)溫度、反應(yīng)物和生成物寫(xiě)出反應(yīng)方程式；
由$ρ=\frac{m}{V}$計(jì)算晶胞的密度．

解答 解：（1）基態(tài)¹⁵N中核外有7個(gè)電子，所以有7個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不相同的電子，砷元素位于第四周期且和氮元素同主族，為33號(hào)元素，其外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³ ，
故答案為：7；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³；
（2）同周期元素從左向右，第一電離能逐漸增大，但第ⅡA和ⅤA元素由于最外層是充滿或半滿狀態(tài)，是一種穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，第一電離能高于同周期相鄰元素，所以C、N、O的第一電離能由大到小排列的順序?yàn)镹＞O＞C，NF₃分子中氮原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為$\frac{5+3}{2}$=4，有一對(duì)孤電子對(duì)，所以分子的空間構(gòu)型為三角錐形，
故答案為：N＞O＞C；三角錐形；
（3）氨基乙酸（H₂N-CH₂-COOH）中，CH₂中的碳原子周?chē)�有四個(gè)σ鍵，雜化類(lèi)型為sp³雜化，羧基中的碳原子周?chē)�有三個(gè)σ鍵，沒(méi)有孤電子對(duì)，雜化類(lèi)型為sp²雜化，1molH₂N-CH₂-COOH中含有9個(gè)共價(jià)鍵，所以σ鍵的數(shù)目9N_A，二氧化碳中有三個(gè)原子，價(jià)電子數(shù)為16，與之互為等電子體的為N₂0、N^3-等，
故答案為：sp³、sp²；9N_A；N₂0、N^3-等；
（4）三氯化硼和三氟化硼常溫下都是氣體，所以它們固態(tài)時(shí)的晶體類(lèi)型為分子晶體，硼元素具有缺電子性，其化合物可與具有孤電子對(duì)的分子或離子形成配合物，BF₃能與NH₃反應(yīng)生成BF₃•NH₃，B與N之間形成配位鍵，N原子含有孤電子對(duì)，所以氮原子提供孤電子對(duì)，BF₃•NH₃結(jié)構(gòu)式為，根據(jù)圖1，利用均攤法可知，晶胞中含有B原子數(shù)為4，晶胞中含有N原子數(shù)為$8×\frac{1}{8}+6×\frac{1}{2}$=4，所以化學(xué)式為BN，
故答案為：；BN；
（5）該晶胞中鐵原子個(gè)數(shù)=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，氮原子個(gè)數(shù)是1，所以氮化鐵的化學(xué)式是Fe₄N，鐵和氨氣在640℃可發(fā)生置換反應(yīng)生成氫氣和氮化鐵，所以該反應(yīng)方程式為8Fe+2NH₃$\frac{\underline{\;640℃\;}}{\;}$2Fe₄N+3H₂，該晶胞的邊長(zhǎng)為anm，則晶胞的體積為（a×10^-7）³cm³，所以密度為$\frac{\frac{238}{{N}_{A}}}{（{a×10{\;}^{-7}）}^{3}}$g?cm^-3=$\frac{2.38×1{0}^{23}}{{a}^{3}{N}_{A}}$g?cm^-3，
故答案為：8Fe+2NH₃$\frac{\underline{\;640℃\;}}{\;}$2Fe₄N+3H₂；$\frac{2.38×1{0}^{23}}{{a}^{3}{N}_{A}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了有關(guān)硼的知識(shí)，側(cè)重考查原子核外電子排布、第一電離能、雜化理論的應(yīng)用、晶胞的計(jì)算等知識(shí)點(diǎn)，題目難度中等，注意物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)的靈活運(yùn)用．