Question

8．我國(guó)科學(xué)家最近成功合成了世界上首個(gè)五氮陰離子鹽（N₅）₆（H₃O）₃（NH₄）₄Cl（用R代表）．回答下列問題：
（1）氮原子價(jià)層電子對(duì)的軌道表達(dá)式（電子排布圖）為．
（2）元素的基態(tài)氣態(tài)原子得到一個(gè)電子形成氣態(tài)負(fù)一價(jià)離子時(shí)所放出的能量稱作第一電子親和能（E₁）．第二周期部分元素的E₁變化趨勢(shì)如圖（a）所示，其中除氮元素外，其他元素的E₁自左而右依次增大的原因是同周期從左到右核電荷數(shù)依次增大，半徑逐漸減小，故結(jié)合一個(gè)電子釋放出的能量依次增大；氮元素的E₁呈現(xiàn)異常的原因是N的2p能級(jí)處于半充滿狀態(tài)，相對(duì)穩(wěn)定，不易結(jié)合電子．
（3）經(jīng)X射線衍射測(cè)得化合物R的晶體結(jié)構(gòu)，其局部結(jié)構(gòu)如圖（b）所示．
①?gòu)慕Y(jié)構(gòu)角度分析，R中兩種陽(yáng)離子的相同之處為ABD，不同之處為C．（填標(biāo)號(hào)）
A．中心原子的雜化軌道類型
B．中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)
C．立體結(jié)構(gòu)
D．共價(jià)鍵類型
②R中陰離子N₅^-中的σ鍵總數(shù)為5個(gè)．分子中的大π鍵可用符號(hào)Π_mⁿ表示，其中m代表參與形成的大π鍵原子數(shù)，n代表參與形成的大π鍵電子數(shù)（如苯分子中的大π鍵可表示為Π₆⁶），則N₅^-中的大π鍵應(yīng)表示為Π₅⁶．
③圖（b）中虛線代表氫鍵，其表示式為（NH₄⁺）N-H…Cl、（H₃O⁺）O-H…N、（NH₄⁺）N-H…N．

（4）R的晶體密度為dg•cm^-3，其立方晶胞參數(shù)為anm，晶胞中含有y個(gè)[（N₅）₆（H₃O）₃（NH₄）₄Cl]單元，該單元的相對(duì)質(zhì)量為M，則y的計(jì)算表達(dá)式為$\frac{d×（a×1{0}^{-7}）^{3}×{N}_{A}}{M}$．

Answer 1

分析 （1）氮原子價(jià)層電子為最外層電子，即2s²2p³，書寫電子排布圖；
（2）同周期從左到右核電荷數(shù)依次增大，半徑逐漸減小，從左到右易結(jié)合電子，放出的能量增大，N的最外層為半充滿結(jié)構(gòu)，較為穩(wěn)定；
（3）①根據(jù)圖（b），陽(yáng)離子為H₃O⁺和NH₄⁺，NH₄⁺中心原子N含有4個(gè)σ鍵，孤電子對(duì)數(shù)為$\frac{5-1-4×1}{2}$=0，價(jià)層電子對(duì)數(shù)為2，雜化類型為sp³，H₃O⁺中心原子是O，含有3σ鍵，孤電子對(duì)數(shù)為$\frac{6-1-3}{2}$=1，空間構(gòu)型為正四面體，價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4，為sp³雜化，空間構(gòu)型為三角錐形；
②根據(jù)圖（b）N₅^-中鍵總數(shù)為5個(gè)，根據(jù)信息，N₅^-的大π鍵可用符號(hào)Π₅⁶；
③O、N的非金屬性較強(qiáng)，對(duì)應(yīng)的O-H、N-H都可與H形成氫鍵；
（4）根據(jù)d=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{y}{{N}_{A}×M}}{（a×1{0}^{-7}）^{3}}$計(jì)算．

解答 解：（1）氮原子價(jià)層電子為最外層電子，即2s²2p³，則電子排布圖為，故答案為：；
（2）元素的非金屬性越強(qiáng)，越易得到電子，則第一電子親和能越大，同周期從左到右核電荷數(shù)依次增大，半徑逐漸減小，從左到右易結(jié)合電子，放出的能量增大，N的最外層為半充滿結(jié)構(gòu)，較為穩(wěn)定，不易結(jié)合一個(gè)電子，
故答案為：同周期從左到右核電荷數(shù)依次增大，半徑逐漸減小，故結(jié)合一個(gè)電子釋放出的能量依次增大；N的2p能級(jí)處于半充滿狀態(tài)，相對(duì)穩(wěn)定，不易結(jié)合電子；
（3）①A．陽(yáng)離子為H₃O⁺和NH₄⁺，NH₄⁺中心原子N含有4個(gè)σ鍵，孤電子對(duì)數(shù)為$\frac{5-1-4×1}{2}$=0，價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4，雜化類型為sp³，H₃O⁺中心原子是O，含有3σ鍵，孤電子對(duì)數(shù)為$\frac{6-1-3}{2}$=1，價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4，為sp³雜化；
B．由以上分析可知H₃O⁺和NH₄⁺中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)都為4；
C．NH₄⁺為空間構(gòu)型為正四面體，H₃O⁺為空間構(gòu)型為三角錐形；
D．含有的共價(jià)鍵類型都為σ鍵．
兩種陽(yáng)離子的相同之處為ABD，不同之處為C；
故答案為：ABD；C；
②根據(jù)圖（b）N₅^-中鍵總數(shù)為5個(gè)，根據(jù)信息，N₅^-有6個(gè)電子可形成大π鍵，可用符號(hào)Π₅⁶表示，
故答案為：5；Π₅⁶；
③O、N的非金屬性較強(qiáng)，對(duì)應(yīng)的O-H、N-H都可與H形成氫鍵，還可表示為（H₃O⁺）O-H…N、（NH₄⁺）N-H…N，
故答案為：（H₃O⁺）O-H…N、（NH₄⁺）N-H…N；
（4）由d=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{y}{{N}_{A}}×M}{（a×1{0}^{-7}）^{3}}$可知，y=$\frac{d×（a×1{0}^{-7}）^{3}×{N}_{A}}{M}$，故答案為：$\frac{d×（a×1{0}^{-7}）^{3}×{N}_{A}}{M}$．

點(diǎn)評(píng) 本題為2017年考題，題目綜合考查核外電子排布、元素周期律、軌道的雜化以及晶胞的計(jì)算、氫鍵等問題，側(cè)重考查學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力，題目難度中等，易錯(cuò)點(diǎn)為（3），注意把握氫鍵的形成．