Question

12．氮元素是一種常見元素，能形成多種化合物．
（1）基態(tài)氮原子最外層的電子排布圖 ，等物質(zhì)的量的NH₃和N₂組成的混合氣體中σ鍵和π鍵的物質(zhì)之比為2：1．
（2）CN^-與N₂互為等電子體，寫出CN^-的電子式：．
（3）HNO₃比HNO₂的酸性強(qiáng)的原因是HNO₂中N元素為+3價，HNO₃中N原子為+5價，HNO₃中N元素正電荷更高，導(dǎo)致N-O-H中O原子的單子偏向N原子，更易電離出H⁺．
（4）環(huán)硼氮六烷的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)與苯相似，其結(jié)構(gòu)式如圖所示：
①第一電離能介于B、N之間的第二周期的元素由大到小的順序是O＞C＞Be；
②環(huán)硼氮六烷B和N原子的雜化方式分別是sp²、sp²．
（5）六方氮化硼在高溫高壓下，可以轉(zhuǎn)化為立方氮化硼，其結(jié)構(gòu)與金剛石相似，硬度與金剛石相當(dāng)，晶胞邊長為3.615×10^-10 cm，立方氮化硼晶胞中含有4個氮原子、4個硼原子，B原子與N原子之間共價鍵與配位鍵的數(shù)目比為3：1，立方氮化硼的密度是$\frac{25×4}{（3.615×1{0}^{-10}）^{3}×{N}_{A}}$g•cm^-3（只要求列算式，不必計算出數(shù)值，阿伏伽德羅常數(shù)為N_A）．

Answer 1

分析 （1）基態(tài)氮原子最外層電子排布式為2s²2p³，根據(jù)泡利原理與洪特規(guī)則畫出最外層電子排布圖；
NH₃分子含有含有3個σ鍵，N₂分子中含有1個σ鍵、2個π鍵；
（2）CN^-與N₂互為等電子體，CN^-中原子與N原子之間形成3對共用電子對；
（3）同種元素含氧酸，中心元素化合價越高，對N-O-H中O原子的單子吸引更強(qiáng)；
（4）①同周期隨原子序數(shù)增大，元素第一電離能呈增大趨勢，當(dāng)ⅡA族的s能級為全滿穩(wěn)定狀態(tài)，ⅤA族的p能級為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，第一電離能高于同周期相鄰元素的；
②環(huán)硼氮六烷中BN原子形成3個σ鍵、N原子形成3個σ鍵，均沒有孤對電子；
（5）立方氮化硼晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相似，硬度與金剛石相當(dāng)，立方氮化硼屬于原子晶體；金剛石晶胞是立方體，其中8個頂點有8個碳原子，6個面各有6個碳原子，立方體內(nèi)部還有4個碳原子，如圖所示：，所以金剛石的一個晶胞中含有的碳原子數(shù)=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$+4=8，立方氮化硼中氮原子與周圍的4個硼原子形成四面體結(jié)構(gòu)、硼原子與周圍的4個氮原子形成四面體結(jié)構(gòu)，因此立方氮化硼晶胞中應(yīng)該含有4個N和4個B原子，計算BN晶胞的質(zhì)量、晶胞的體積，根據(jù)ρ=$\frac{m}{ρ}$計算密度．

解答 解：（1）基態(tài)氮原子最外層電子排布式為2s²2p³，根據(jù)泡利原理與洪特規(guī)則，最外層電子排布圖我；NH₃分子含有含有3個σ鍵，N₂分子中含有1個σ鍵、2個π鍵，則等物質(zhì)的量的NH₃和N₂組成的混合氣體中σ鍵和π鍵的物質(zhì)之比為（3+1）mol：2mol=2：1，
故答案為：；2：1；
（2）CN^-與N₂互為等電子體，CN^-中原子與N原子之間形成3對共用電子對，CN^-的電子式：，
故答案為：；
（3）HNO₃比HNO₂中N元素為+3價，HNO₃中N原子為+5價，HNO₃中N元素正電荷更高，導(dǎo)致N-O-H中O原子的單子偏向N原子，更易電離出H⁺，HNO₃比HNO₂的酸性強(qiáng)，
故答案為：HNO₂中N元素為+3價，HNO₃中N原子為+5價，HNO₃中N元素正電荷更高，導(dǎo)致N-O-H中O原子的單子偏向N原子，更易電離出H⁺；
（4）①同周期隨原子序數(shù)增大，元素第一電離能呈增大趨勢，當(dāng)ⅡA族的s能級為全滿穩(wěn)定狀態(tài)，ⅤA族的p能級為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，第一電離能高于同周期相鄰元素的，故第一電離能介于B、N之間的第二周期元素有Be、C、O三種元素，第一電離能為O＞C＞Be，
故答案為：O＞C＞Be；
②無機(jī)苯分子中B原子的價層電子對數(shù)是3且不含孤電子對，所以B原子屬于sp²雜化，N原子的價層電子對數(shù)也是3且不含孤電子對，所以N原子屬于sp²雜化，
故答案為：sp²；sp²；
（5）立方氮化硼晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相似，硬度與金剛石相當(dāng)，立方氮化硼屬于原子晶體；金剛石晶胞是立方體，其中8個頂點有8個碳原子，6個面各有6個碳原子，立方體內(nèi)部還有4個碳原子，如圖所示：，所以金剛石的一個晶胞中含有的碳原子數(shù)=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$+4=8，立方氮化硼中氮原子與周圍的4個硼原子形成四面體結(jié)構(gòu)、硼原子與周圍的4個氮原子形成四面體結(jié)構(gòu)，因此立方氮化硼晶胞中應(yīng)該含有4個N和4個B原子，B原子最外層有3個電子，形成4個共價鍵，含有1個配位鍵，則B原子與N原子之間共價鍵與配位鍵的數(shù)目比為3：1，BN晶胞中的質(zhì)量為4×$\frac{25}{{N}_{A}}$，一個立方氮化硼晶胞的體積是（3.615×10^-10cm）³，因此立方氮化硼的密度=4×$\frac{25}{{N}_{A}}$÷（3.615×10^-10cm）³=$\frac{25×4}{（3.615×1{0}^{-10}）^{3}×{N}_{A}}$g•cm^-3，
故答案為：4；4；3；3：1；$\frac{25×4}{（3.615×1{0}^{-10}）^{3}×{N}_{A}}$．

點評 本題是對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的考查，涉及核外電子排布、電離能、分子空間構(gòu)型、雜化類型的判斷、晶胞結(jié)構(gòu)以及晶胞的有關(guān)計算，（4）為易錯點，注意熟記中學(xué)常見晶胞結(jié)構(gòu)，注意同周期第一電離能異常情況，難度中等．