Question

5．由 Cu、N、B、Ni 等元素組成的新型材料有著廣泛用途．
（1）科學(xué)家通過(guò) X射線推測(cè)膽礬中既含有配位鍵，又含有氫鍵，其結(jié)構(gòu)示意圖可簡(jiǎn)單表示如圖，其中配位鍵和氫鍵均采用虛線表示．

①寫(xiě)出基態(tài)Cu原子的核外電子排布式1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹或[Ar]3d¹⁰4s¹．
②寫(xiě)出膽礬晶體中水合銅離子的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式（必須將配位鍵表示出來(lái)）．
③水分子間存在氫鍵，請(qǐng)你列舉兩點(diǎn)事實(shí)說(shuō)明氫鍵對(duì)水的性質(zhì)的影響水的熔、沸點(diǎn)較高，結(jié)冰時(shí)密度減小．
（2）化學(xué)工作者已合成一些純粹由氮組成的新物種N₅⁺、N₃^-等．若N₅⁺離子中每個(gè)氮原子均滿(mǎn)足8電子結(jié)構(gòu)，以下有關(guān)N₅⁺推測(cè)正確的是c．
a．N₅⁺離子有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（填序號(hào)）．
a．反應(yīng)前后碳原子的軌道雜化類(lèi)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
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^-）．

（5）在一定溫度下，NiO晶體可以自發(fā)地分散并形成“單分子層”（如圖（b），可以認(rèn)為氧離子作致密單層排列，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^-10 m，$\sqrt{3}$≈1.732）．

Answer 1

分析 （1）①銅是29號(hào)元素，其原子核外有29個(gè)電子，根據(jù)構(gòu)造原理書(shū)寫(xiě)其基態(tài)原子核外電子排布式；
②CuSO₄•5H₂O中銅離子含有空軌道，水分子含有孤對(duì)電子對(duì)，銅離子與水分子之間形成配位鍵，銅離子配體數(shù)為4；（5）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；③氫鍵較一般分子間作用力強(qiáng)，影響物質(zhì)的物理性質(zhì)；
（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(mǎn)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確；

（3）①由方程式可知：碳元素由CH₄變?yōu)镃O₂，碳原子雜化類(lèi)型由sp³轉(zhuǎn)化為sp；
②根據(jù)（HB=NH）₃結(jié)構(gòu)與苯相似進(jìn)行分析；
（4）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；
（5）根據(jù)圖片可以推算每個(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）①銅是29號(hào)元素，其原子核外有29個(gè)電子，根據(jù)構(gòu)造原理知，結(jié)合能量最低原理書(shū)寫(xiě)電子排布式，其基態(tài)原子核外電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹或[Ar]3d¹⁰4s¹，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹或[Ar]3d¹⁰4s¹；
②CuSO₄•5H₂O中銅離子含有空軌道，水分子含有孤對(duì)電子對(duì)，銅離子與水分子之間形成配位鍵，銅離子配體數(shù)為4．水合銅離子的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為，故答案為：；
由 Cu、N、B、Ni 等元素組成的新型材料有著廣泛用途．
③氫鍵較一般分子間作用力強(qiáng)，影響物質(zhì)的物理性質(zhì)，氫鍵較一般分子間作用力強(qiáng)，所以水的熔、沸點(diǎn)較高，由于氫鍵具有方向性，結(jié)冰時(shí)，氫鍵增多，體積增大，密度減小，故答案為：水的熔、沸點(diǎn)較高，結(jié)冰時(shí)密度減�。�
（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(mǎn)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確；故答案選a；
（3）①3CH₄+2（HB=NH）₃+6H₂O→3CO₂+6H₃BNH₃，
a．CH₄變?yōu)镃O₂，碳原子雜化類(lèi)型由sp³轉(zhuǎn)化為sp，反應(yīng)前后碳原子的軌道雜化類(lèi)型已經(jīng)改變，故a誤；
b．H₄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確；
c．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確；故答案為：c；
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，故答案為為：[BO₂]_n^n-（或BO₂^-）；
（5）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°，1平方米含有的氧化鎳個(gè)數(shù)=$\frac{1}{1.40×10-10m×1.40×10-10m×sin60°}$，每個(gè)氧化鎳的質(zhì)量=$\frac{74.7}{{N}_{A}}$g，所以每平方米含有的氧化鎳質(zhì)量=$\frac{74.7}{{N}_{A}}$×$\frac{1}{1.40×10-10m×1.40×10-10m×sin60°}$=1.83×10^-3g；故答案為：1.83×10^-3．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了原子核外電子排布式的書(shū)寫(xiě)、配位鍵的表示方法、原子雜化方式的判斷等知識(shí)點(diǎn)，根據(jù)構(gòu)造原理、配位鍵的概念、價(jià)層電子對(duì)互斥理論來(lái)分析解答即可，難度中等．