Question

氮元素可形成很多重要的化合物，其中疊氮化鈉（NaN₃）被廣泛應用于汽車安全氣囊．疊氮化鈉的制取方法是：①金屬鈉與液態(tài)氨反應得NaNH₂②NaNH₂與N₂O按物質的量2：1反應可生成NaN₃、NaOH和一種氣體．
（1）請寫出反應②的化學方程式為：

 

．
（2）與N₃^-互為等電子體的分子有：

 

（寫一種）由此可推知N₃^-的空間構型是：

 

；比較NH₂^-和NH₃的鍵角∠HNH的大�。篘H₂^-

 

 NH₃，請用價層電子對互斥規(guī)律解釋

 

．
（3）疊氮化鈉（NaN₃）分解可得純N₂，有關說法正確的是：

 

（選填代號）
A．氮氣常溫下很穩(wěn)定，是因為氮元素的電負性大
B．NaN₃與KN₃結構類似，前者晶格能較小
C．第一電離能（I₁）：N＞P＞S
D．熱穩(wěn)定性NH₃強于PH₃和H₂S是因為NH₃分子間有氫鍵
（4）氮的化合物酞箐和銅酞箐（環(huán)中含有一個銅原子）是重要的有機染料，相關分子結構如圖所示：

酞箐分子中氮原子的雜化類型有：

 

銅酞箐中銅原子在基態(tài)時的價電子排布式：

 

；請在圖中用“→”標出銅酞箐中的配位鍵

 

．
（5）小汽車的防撞氣囊中疊氮化鈉的工作原理是基于反應：6NaN₃+Fe₂O₃=3Na₂O+2Fe+9N₂；鐵晶體有三種堆積方式，其中兩種堆積方式分別如圖甲、圖乙所示（其晶胞特征如其右圖所示）：

晶胞甲中鐵原子的堆積方式為：

 

，晶胞乙中鐵原子的配位數為：

 

．鐵原子半徑為a cm，N_A表示阿伏加德羅常數，摩爾質量為Mg/mol．則該晶體的密度可表示為：

 

g/cm³．

Answer 1

考點：晶胞的計算,元素周期律的作用,原子核外電子排布,配合物的成鍵情況

專題：元素周期律與元素周期表專題,化學鍵與晶體結構

分析：（1）根據質量守恒定律來判斷反應產物的化學式，再寫出反應的化學方程式；
（2）原子個數相等且價電子數相等的微粒為等電子體；根據等電子體的結構相似來分析；根據孤對電子與成鍵電子間的斥力大于成鍵電子與成鍵電子間的斥力來分析；
（3）A、氮氣常溫下很穩(wěn)定，是因為分子內共價鍵較強的原因；
B、離子半徑越小，晶格能越大；
C、同周期從左向右，第一電離能增大，但第ⅤA族因為p軌道上有3個電子，半充滿穩(wěn)定結構，所以第一電離能高于相鄰族的元素，同主族從上向下第一電離能逐漸減小，據此判斷；
D、熱穩(wěn)定性NH₃強于PH₃和H₂S是因為氮原子半徑小，共價鍵鍵能大，與分子間的氫鍵無關，據此判斷；
（4）根據酞箐分子中氮原子的成鍵電子對數和孤電子對數判斷；根據Cu的電子排布式分析；表示配位鍵時，箭頭指向提供空軌道的原子或離子；
（5）根據晶胞圖可知原子占據立方體的頂點和體心判斷；圖乙為面心立方最密堆積，配位數=3×

1

2

×8=12；該晶胞中Fe原子個數=8×

1

8

=4，每個晶胞的質量=

M

NA

×4，Fe原子的直徑為2acm，晶胞的邊長=

8

a，所以晶胞的體積為16

2

a³，根據ρ=

m

V

計算其密度．

解答： 解：（1）根據質量守恒定律，反應前后原子的種類和數目不變，可確定氣體產物的化學式為：NH₃，則NaNH₂與N₂O按物質的量2：1反應可生成NaN₃、NaOH和NH₃的化學方程式為：2NaNH₂+N₂O=NaN₃+NaOH+NH₃，故答案為：2NaNH₂+N₂O=NaN₃+NaOH+NH₃；
（2）N₃^-中原子個數是3，價電子數是16，則與N₃^-互為等電子體的分子、離子有：N₂O或CO₂或CS₂或BeCl₂；SCN^-或OCN^-或CNO^-；二氧化碳屬于直線形分子，等電子體的結構相同，所以N₃^-是直線形分子；孤對電子與成鍵電子間的斥力大于成鍵電子與成鍵電子間的斥力，NH₂^-中N原子孤對電子數為2，NH₃中N原子孤對電子數為1，孤對電子數前者多，所以前者鍵角小，
故答案為：N₂O或CO₂；直線形；＜；NH₂^-中N原子孤對電子數為2，NH₃中N原子孤對電子數為1，孤對電子數前者多，孤對電子與成鍵電子間的斥力大于成鍵電子與成鍵電子間的斥力，所以前者鍵角��；
（3）A、氮氣常溫下很穩(wěn)定，是因為分子內氮氮三鍵，鍵能較大的原因，故A錯誤；
B、離子半徑越小，晶格能越大，NaN₃的晶格能大于KN₃的晶格能，故B錯誤；
C、同周期從左向右，第一電離能增大，但第ⅤA族因為p軌道上有3個電子，半充滿穩(wěn)定結構，所以第一電離能高于相鄰族的元素，同主族從上向下第一電離能逐漸減小，故N、P、S的第一電離能的順序為N＞P＞S，故C正確；
D、熱穩(wěn)定性NH₃強于PH₃和H₂S是因為氮原子半徑小，共價鍵鍵能大，與分子間的氫鍵無關，故D錯誤；
故選C；
（4）由酞箐分子的結構簡式圖可知，分子中氮原子形成單鍵和雙鍵，氮原子形成單鍵時為sp³雜化，形成雙鍵時為sp²雜化；Cu元素為29號元素，原子核外有29個電子，其核外電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，則Cu的價電子的電子排布式為3d¹⁰4s¹；氮原子有孤對電子，Cu有空軌道，N原子與Cu之間形成配位鍵，可據此標出配位鍵為，故答案為：sp² sp³；3d¹⁰4s¹；；
（5）由晶胞圖甲可知，原子占據立方體的頂點和體心，所以屬于體心立方堆積；根據圖乙知，Fe為面心立方最密堆積，Fe原子配位數配位數=3×

1

2

×8=12；該晶胞中Fe原子個數=8×

1

8

=4，每個晶胞的質量=

M

NA

×4，Fe原子的直徑為2acm，晶胞的邊長=

8

a，所以晶胞的體積為16

2

a³，所以晶胞的體積為16

2

a³，
ρ=

m

V

=

4M

NA

÷16

2

a³g/cm³=

2 M

8a3NA

g/cm³，
故答案為：體心立方堆積；12；

2 M

8a3NA

．

點評：本題考查了方程式的書寫、等電子體、配位鍵、電子排布式、晶胞的計算等，題目考查的知識點較多，綜合性較強，側重于考查學生對所學知識的綜合運用能力，題目難度中等．