Question

10．氮族元素（Nitrogen group）是元素周期表VA 族的所有元素，包括氮（N）、磷（P）、砷（As）、銻（Sb）、鉍（Bi）和Uup共計(jì)六種．
（1）氮族元素的外圍電子排布式的通式為ns²np³；基態(tài)磷原子中，電子占據(jù)的最高能層符號(hào)為M，該能層具有的原子軌道數(shù)為9．
（2）PH₃分子的VSEPR模型為四面體形，鍵角NH₃＞H₂O（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）氮的最高價(jià)氧化物為無(wú)色晶體，它由兩種離子構(gòu)成：已知其陰離子構(gòu)型為平面正三角形，則其陽(yáng)離子中氮的雜化方式為sp雜化．
（4）從化合物NF₃和NH₃的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系比較，回答它們兩者如下性質(zhì)差異原因：
①NF₃的沸點(diǎn)為-129℃，而NH₃的沸點(diǎn)為-33℃，其原因是NH₃分子間存在較強(qiáng)的氫鍵，而NF₃分子間僅有較弱的范德華力．
②NH₃易與Cu²⁺反應(yīng)，而NF₃卻不能，其原因是F的電負(fù)性大于N元素，NF₃中N-F成鍵電子對(duì)偏向于F原子，N原子上的孤對(duì)電子難與銅離子形成配離子．
（5）磷化硼是一種受到高度關(guān)注的耐磨涂料，它可用作金屬的表面保護(hù)層，磷化硼晶體的晶胞結(jié)構(gòu)與金剛石類似，磷原子作面心立方最密堆積，則硼原子的配位數(shù)為4；已知磷化硼的晶胞邊長(zhǎng)a=478pm，計(jì)算晶體中硼原子和磷原子的核間距（d_B-P）=207pm（保留三位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 （1）氮族元素的外圍電子為其最外層上s、p能級(jí)電子；基態(tài)磷原子中，電子占據(jù)的最高能層符號(hào)為M，該能層有1個(gè)s軌道、3個(gè)p軌道、5個(gè)d軌道；
（2）PH₃分子中P原子價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)是4且含有一個(gè)孤電子對(duì)，根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷該分子的VSEPR模型，成鍵電子對(duì)和孤電子對(duì)之間的排斥力小于孤電子對(duì)之間的排斥力，據(jù)此判斷鍵角；
（3）氮的最高價(jià)氧化物為N₂O₅，由兩種離子構(gòu)成，其中陰離子構(gòu)型為平面正三角形，化學(xué)式應(yīng)為NO₃^-，則其陽(yáng)離子的化學(xué)式為：NO₂⁺，其中心原子價(jià)電子對(duì)數(shù)為 2+$\frac{5-1-2×2}{2}$=2，根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷原子雜化方式；
（4）①分子晶體中含有氫鍵的物質(zhì)熔沸點(diǎn)較高；
②NF₃中N-F成鍵電子對(duì)偏向于F原子，N原子上的孤對(duì)電子難與銅離子形成配離子；
（5）磷化硼結(jié)構(gòu)如圖所示，該晶胞中B原子為4個(gè)、P原子個(gè)數(shù)=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，每個(gè)B原子連接4個(gè)P原子，則硼原子的配位數(shù)為4；晶體中硼原子和磷原子的核間距（d_B-P）等該晶胞體對(duì)角線的 $\frac{1}{4}$，據(jù)此計(jì)算．

解答 解：（1）氮族元素的外圍電子為其最外層上s、p能級(jí)電子，則氮族元素外圍電子排布式為ns²np³；基態(tài)磷原子中，電子占據(jù)的最高能層符號(hào)為M，該能層有1個(gè)s軌道、3個(gè)p軌道、5個(gè)d軌道，所以有9個(gè)軌道，
故答案為：ns²np³；M；9；
（2）PH₃分子中P原子價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)是4且含有一個(gè)孤電子對(duì)，根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷該分子的VSEPR模型為四面體形，成鍵電子對(duì)和孤電子對(duì)之間的排斥力小于孤電子對(duì)之間的排斥力，氨氣分子中只含一個(gè)孤電子對(duì)、水分子中含有兩個(gè)孤電子對(duì)，所以鍵角，
故答案為：四面體形；＞；
（3）氮的最高價(jià)氧化物為N₂O₅，由兩種離子構(gòu)成，其中陰離子構(gòu)型為平面正三角形，化學(xué)式應(yīng)為NO₃^-，則其陽(yáng)離子的化學(xué)式為：NO₂⁺，其中心原子價(jià)電子對(duì)數(shù)為2+$\frac{5-1-2×2}{2}$=2，根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷原子雜化方式為sp，
故答案為：sp雜化；
（4）①NH₃存在氫鍵，而NF₃只存在分子間作用力，兩種作用力前者較強(qiáng)，物質(zhì)的沸點(diǎn)較高，
故答案為：NH₃分子間存在較強(qiáng)的氫鍵，而NF₃分子間僅有較弱的范德華力；
②F的電負(fù)性大于N元素，NF₃中N-F成鍵電子對(duì)偏向于F原子，N原子上的孤對(duì)電子難與銅離子形成配離子，所以NF₃不易與Cu²⁺形成配離子，
故答案為：F的電負(fù)性大于N元素，NF₃中N-F成鍵電子對(duì)偏向于F原子，N原子上的孤對(duì)電子難與銅離子形成配離子；
（5）磷化硼結(jié)構(gòu)如圖所示，該晶胞中B原子為4個(gè)、P原子個(gè)數(shù)=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，每個(gè)B原子連接4個(gè)P原子，則硼原子的配位數(shù)為4；已知磷化硼的晶胞邊長(zhǎng)a=478pm，則晶胞的體對(duì)角線長(zhǎng)為$\sqrt{3}$a，晶體中硼原子和磷原子的核間距應(yīng)為體對(duì)角線的$\frac{1}{4}$，所以d_B-P=$\frac{1}{4}$$\sqrt{3}$×478pm=207pm，
故答案為：4；207．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，為高頻考點(diǎn)，涉及晶胞計(jì)算、氫鍵、鍵角、微粒空間構(gòu)型、原子核外電子排布等知識(shí)點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生知識(shí)應(yīng)用、計(jì)算、空間想象能力，難點(diǎn)是晶胞計(jì)算，注意該晶胞中B-P原子核間距，題目難度中等．