Question

18．由Cu、N、B、Ni等元素組成的新型材料有著廣泛用途．
（1）基態(tài) Cu⁺的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰或[Ar]3d¹⁰ ．
（2）研究者預(yù)想合成一個純粹由氮組成的新物種 N₅⁺N₃^-，若N₅⁺ 離子中每個氮原子均滿足8電子結(jié)構(gòu)，以下有關(guān)N₅⁺ 推測正確的是C
A．N₅⁺有24個電子
B． N₅⁺離子中存在三對未成鍵的電子對
C． N₅⁺陽離子中存在兩個氮氮三鍵
（3）化合物A（H₃BNH₃）是一種潛在的儲氫材料，它可由六元環(huán)狀化合物（HB=NH）₃通過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．（填標(biāo)號）
A．反應(yīng)前后碳原子的軌道雜化類型不變
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
D．化合物A中存在配位鍵
②1個（HB=NH）₃分子中有12個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為[BO₂]_n^n-（或BO₂^-）圖（b）是硼砂晶體中陰離子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其中硼原子采取的雜化類型為sp²、sp³．

（5）NiO晶體結(jié)構(gòu)與NaCl晶體類似，其晶胞的棱長為acm，則該晶體中距離最近的兩個陽離子核間的距離為$\frac{\sqrt{2}}{2}$acm（用含有a的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 （1）Cu原子失去1個電子生成Cu⁺，Cu⁺核外有28個電子，失去的電子數(shù)是其最外層電子數(shù)，根據(jù)構(gòu)造原理書寫Cu⁺基態(tài)核外電子排布式；
（2）A．N₅⁺是由N₅分子失去1個電子得到的，1個N₅分子是由5個氮原子構(gòu)成的，據(jù)此進(jìn)行分析解答．
B．N₅⁺離子中每個氮原子均滿足8電子結(jié)構(gòu)，每個N原子形成3個共用電子對，還剩一對未成鍵電子；
C．N₅⁺離子的結(jié)構(gòu)為；

（3）①由方程式可知：碳元素由CH₄變?yōu)镃O₂，碳原子雜化類型由sp³轉(zhuǎn)化為sp；
②根據(jù)無機(jī)苯中氮原子和硼原子都采取sp²雜化分析；
（4）有1個O連著一個B，剩余的兩個O分別連著2個B，說明有一個O完全屬于B，剩下的兩個O，B只占有O的$\frac{1}{2}$；硼砂晶體中陰離子[B₄O₅（OH）₄]^2-中一半sp³雜化形成BO₄四面體；另一種是sp²雜化形成BO₃平面三角形結(jié)構(gòu)；
（5）根據(jù)氯化鈉的結(jié)構(gòu)知，氧離子和相鄰的鎳離子之間的距離為 $\frac{1}{2}$a，距離最近的兩個陽離子核間的距離是距離最近的氧離子和鎳離子距離的 $\sqrt{2}$倍，據(jù)此計算．

解答 解：（1）Cu原子失去1個電子生成Cu⁺，Cu⁺核外有28個電子，失去的電子數(shù)是其最外層電子數(shù)，根據(jù)構(gòu)造原理知Cu⁺基態(tài)核外電子排布式1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰或[Ar]3d¹⁰ ，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰或[Ar]3d¹⁰ ； 
（2）A．1個氮原子中含有7個電子，則1個N₅分子中含有35個電子，N₅⁺是由N₅分子失去1個電子得到的，則1個N₅⁺粒子中有34個電子，故A錯誤；
B．N₅⁺離子中每個氮原子均滿足8電子結(jié)構(gòu)，每個N原子形成3個共用電子對，還剩一對未成鍵電子，所以N₅⁺離子中存在4對未成鍵的電子對，故B錯誤；
C．N₅⁺離子的結(jié)構(gòu)為，則N₅⁺陽離子中存在兩個氮氮三鍵，故C正確；
故選：C；
（3）①3CH₄+2（HB=NH）₃+6H₂O→3CO₂+6H₃BNH₃，
A．由CH₄變?yōu)镃O₂，碳原子雜化類型由sp³轉(zhuǎn)化為sp，反應(yīng)前后碳原子的軌道雜化類型已經(jīng)改變，故A錯誤；
B．CH₄分子中價層電子對=σ 鍵電子對+中心原子上的孤電子對=4+$\frac{1}{2}$×（4-4×1）=4，且不含孤電子對，所以其空間構(gòu)型是正四面體，H₂O中價層電子對個數(shù)=2+$\frac{1}{2}$×（6-2×1）=4，且含有2個孤電子對，所以H₂O的VSEPR模型為四面體，分子空間構(gòu)型為V型，、CO₂分子中價層電子對=σ 鍵電子對+中心原子上的孤電子對=2+$\frac{1}{2}$×（4-2×2）=2，所以二氧化碳是直線型結(jié)構(gòu)，故B正確；
C．同一周期元素中，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而呈增大趨勢，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正確；
D．B一般是形成3個鍵，（H₃BNH₃）由六元環(huán)狀化合物（HB=NH）₃通過3CH₄+2（HB=NH）₃+6H₂O→3CO₂+6H₃BNH₃制得，其中1個鍵是配位鍵，故D正確；
故答案為：A；     
②1個（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軌道形成一個共軛大π鍵．B-H鍵有3個，N-H鍵有3個，B-N有σ鍵有6個，故一共12個；
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BO₃^2-單元，都有一個B，有一個O完全屬于這個單元，剩余的2個O分別為2個BO₃^2-單元共用，所以B：O=1：（1+2×$\frac{1}{2}$）=1：2，化學(xué)式為：[BO₂]_n^n-（或BO₂^-），從圖（b）是硼砂晶體中陰離子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)可看出，[B₄O₅（OH）₄]^2-一半sp³雜化形成兩個四配位BO₄四面體；另一半是sp²雜化形成兩個三配位BO₃平面三角形結(jié)構(gòu)，
故答案為：[BO₂]_n^n-（或BO₂^-）；sp²、sp³．
（5）根據(jù)氯化鈉的結(jié)構(gòu)知，氧離子和相鄰的鎳離子之間的距離為 $\frac{1}{2}$a，距離最近的兩個陽離子核間的距離是距離最近的氧離子和鎳離子距離的 $\sqrt{2}$倍，所以其距離是 $\frac{\sqrt{2}}{2}$acm，
故答案為：$\frac{\sqrt{2}}{2}$acm．

點評 本題考查學(xué)生對物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)模塊的掌握情況，重點考查結(jié)構(gòu)知識，涉及電離能、電子排布式、原子半徑、空間結(jié)構(gòu)、雜化軌道、化學(xué)式、晶體的計算等，考查知識全面、覆蓋廣，難度適中，可以衡量學(xué)生對該模塊主干知識的掌握情況．