Question

【題目】氮及其化合物在生產生活中應用廣泛。回答下列問題：

(1)“中國制造2025”是中國政府實施制造強國戰略第一個十年行動綱領。氮化鉻(CrN)具有極高的硬度和力學強度、優異的抗腐蝕性能和高溫穩定性能，氮化鉻在現代工業中發揮更重要的作用，請寫出Cr3+的外圍電子排布式____；基態鉻、氮原子的核外未成對電子數之比為____。

(2)氮化鉻的晶體結構類型與氯化鈉相同，但氮化鉻熔點(1282℃)比氯化鈉 (801'C)的高，主要原因是________。

(3)過硫酸銨[(NH4)2S2O8]，廣泛地用于蓄電池工業、石油開采、淀粉加工、油脂工業、照相工業等，過硫酸銨中N、S、O的第一電離能由大到小的順序為 _______，其中NH4+的空間構型為____________

(4)是20世紀80年代美國研制的典型鈍感起爆藥Ⅲ，它是由和[Co(NH3)5H2O](ClO4)3反應合成的，中孤電子對與π鍵比值為 _______， CP的中心Co3+的配位數為 ______ 。

(5)鐵氮化合物是磁性材料研究中的熱點課題之一，因其具有高飽和磁化強度、低矯頑力，有望獲得較高的微波磁導率，具有極大的市場潛力，其四子格結構如圖所示，已知晶體密度為ρgcm-3，阿伏加德羅常數為NA。

①寫出氮化鐵中鐵的堆積方式為____。

②該化合物的化學式為 ___。

③計算出 Fe(II)圍成的八面體的體積為____cm3。

Answer 1

【答案】3d3 2:1 氮化鉻的離子所帶電荷數多，晶格能較大 N>O>S 正四面體 5:4 6 面心立方最密堆積 Fe4N

【解析】

(1)基態Cr的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s1；基態氮原子的核外電子排布式為1s22s22p3；

(2)晶體結構類型與氯化鈉相同，離子所帶電荷數越多，鍵能越大，晶格能越大，熔沸點越高；

(3)同周期元素，第一電離能隨核電荷數增大而增大，同主族元素，第一電離能隨核電荷數增大而減小，當元素最外層電子排布處于全滿、半滿、全空時結構穩定，第一電離能比相鄰元素高；根據雜化理論判斷空間構型；

(4)雙鍵中含有一個σ鍵合一個π鍵，三鍵中一個σ鍵和兩個π鍵，根據結構簡式中元素最外層電子數和元素的鍵連方式判斷孤電子對數；配合物中與中心離子直接相連的配體的個數即為配位數；

(5) ①根據圖示，頂點和面心位置為鐵原子；

②根據圖示，一個晶胞中的原子個數用均攤法進行計算；

③根據ρ=推導計算晶胞棱長，再根據正八面體的結構特點計算體積。

(1)基態Cr的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s1，有6個未成對的電子，基態Cr3+的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d3，Cr3+的外圍電子排布式3d3；基態氮原子的核外電子排布式為1s22s22p3有3個未成對的電子，基態鉻、氮原子的核外未成對電子數之比為2:1；

(2)晶體結構類型與氯化鈉相同，離子所帶電荷數越多，鍵能越大，晶格能越大，熔沸點越高，氮化鉻的離子所帶電荷數多，晶格能較大，故氮化鉻熔點比氯化鈉的高；

(3)同主族元素，第一電離能隨核電荷數增大而減小，則S＜O同周期元素，第一電離能隨核電荷數增大而增大，當元素最外層電子排布處于全滿、半滿、全空時結構穩定，第一電離能比相鄰元素高，基態氮原子的核外電子排布式為1s22s22p3處于穩定狀態，則第一電離能N＞O，第一電離能由大到小的順序為N＞O＞S；NH4+的中心原子為N，其價層電子對數=4+×(5-1-4×1)=4，為sp3雜化，空間構型為正四面體；

(4)雙鍵中含有一個σ鍵和一個π鍵，三鍵中一個σ鍵和兩個π鍵，中，有一個-C≡N，含有2個π鍵，兩個雙鍵中分別有一個π鍵；根據結構中鍵連方式，碳原子沒有孤對電子，每個氮原子有一對孤對電子，孤電子對與π鍵比值為5:4；配合物中與中心離子直接相連的配體的個數即為配位數，CP的中心Co3+的配位數為6；

(5)①根據圖示，頂點和面心位置為鐵原子，氮化鐵中鐵的堆積方式為面心立方最密堆積；

②根據圖示，一個晶胞中的鐵原子為頂點和面心，個數=8×+6×=4，單原子位于晶胞內部，N個數為1，則該化合物的化學式為Fe4N；

③根據ρ=，則晶胞的體積V=，則晶胞的棱長===。Fe(II)圍成的八面體中，棱長=×，正八面體一半的體積=×(×)2××=，八面體的體積為=2×=。