Question

【題目】2018年3月南京理工教授制出了一種新的全氮陰離子鹽—AgN5，目前已經(jīng)合成出鈉、錳、鐵、鈷、鎳、鎂等幾種金屬的全氮陰離子鹽。

(1)基態(tài)Mn2+的價電子排布式為____；銀與銅位于同一族，銀元素位于元素周期表的___區(qū)。

(2)[Mg(H2O)6]2+[(N5)2(H2O)4]2-的晶體的部分結(jié)構(gòu)如圖1所示：

N、O、Mg元素的前3級電離能如下表所示：

元素	I1/kJmol-1	I2/kJmol-1	I3/kJmol-1
X	737.7	1450.7	7732.7
Y	1313.9	3388.3	5300.5
Z	1402.3	2856.0	4578.1

①X、Y、Z中為N元素的是____，判斷理由是__________。

②從作用力類型看，Mg2+與H2O之間是________、N5與H2O之間是________。

③N5-為平面正五邊形，N原子的雜化類型是_______�？茖W家預(yù)測將來還會制出含N4-、N6-等平面環(huán)狀結(jié)構(gòu)離子的鹽，這一類離子中都存在大π鍵，可用符號表示，其中m代表參與形成大π鍵的原子數(shù)，n代表參與形成大π鍵的電子數(shù)(如苯分子中的大π鍵可表示為)，則N4-中的大π鍵應(yīng)表示為_________。

(3)AgN5的立方晶胞結(jié)構(gòu)如圖2所示，Ag+周圍距離最近的Ag+有_______個。若晶體中緊鄰的N5-與Ag+的平均距離為a nm，NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值，則AgN5的密度可表示為_____gcm-3（用含a、NA的代數(shù)式表示）。

Answer 1

【答案】3d5 ds Z X最外層為2個電子，X為鎂；N的2p軌道處于半充滿的穩(wěn)定狀態(tài)，其失去第一個電子較難，I1較大，則Z為氮元素 配位鍵 氫鍵 sp2 12

【解析】

(1)根據(jù)構(gòu)造原理書寫出25號Mn元素的原子核外電子排布式，Mn原子失去最外層2個電子得到Mn2+；根據(jù)原子結(jié)構(gòu)與元素在周期表的位置確定Ag在周期表所屬區(qū)域；

(2)①根據(jù)元素的電離能大小結(jié)合原子結(jié)構(gòu)確定X、Y、Z三種元素，然后判斷哪種元素是N元素；

②根據(jù)圖示，判斷晶體中陽離子、陰離子中含有的作用力類型；

③結(jié)合N5-為平面正五邊形結(jié)構(gòu)，結(jié)合原子雜化類型與微粒構(gòu)型關(guān)系分析判斷，結(jié)合微粒的原子結(jié)構(gòu)分析大π鍵的形成；

(3)根據(jù)晶胞中離子的相對位置判斷Ag+的配位數(shù)，利用均攤方法計算1個晶胞中含有的AgN5的個數(shù)，結(jié)合ρ=計算密度大小。

(1)Mn是25號元素，根據(jù)構(gòu)造原理可得Mn原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s2，Mn原子失去最外層2個電子得到Mn2+，其價電子排布式為3d5；Ag、Cu在周期表中位于第IB，發(fā)生變化的電子有最外層的s電子和次外層的d電子，屬于ds區(qū)元素；

(2)①X的第一、第二電離能比較小且很接近，說明X原子最外層有2個電子，容易失去，則X為Mg元素，Z的第一電離能在三種元素中最大，結(jié)合N原子2p軌道處于半充滿的穩(wěn)定狀態(tài)，其失去第一個電子較難，I1較大，可推知Z為N元素，Y是O元素；

②在該晶體中陽離子[Mg(H2O)6]2+的中心離子Mg2+含有空軌道，而配位體H2O的O原子上含有孤電子對，在結(jié)合時，Mg2+提供空軌道，H2O的O原子提供孤電子對，二者形成配位鍵；在陰離子[(N5)2(H2O)4]2-上N5-與H2O的H原子之間通過氫鍵結(jié)合在一起，形成N…H-O，故二者之間作用力為氫鍵；

③若原子采用sp3雜化，形成的物質(zhì)結(jié)構(gòu)為四面體形；若原子采用sp2雜化，形成的物質(zhì)結(jié)構(gòu)為平面形；若原子采用sp雜化，則形成的為直線型結(jié)構(gòu)。N5-為平面正五邊形，說明N原子的雜化類型為sp2雜化；在N5-中，每個N原子的sp2雜化軌道形成2個σ鍵，N原子上還有1個孤電子對及1個垂直于N原子形成平面的p軌道，p軌道間形成大π鍵，N5-為4個N原子得到1個電子形成帶有1個單位負電荷的陰離子，所以含有的電子數(shù)為5個，其中大π鍵是由4個原子、5個電子形成，可表示為；

(3)根據(jù)AgN5的晶胞結(jié)構(gòu)示意圖可知，假設(shè)以晶胞頂點Ag+為研究對象，在晶胞中與該Ag+距離相等且最近的Ag+在晶胞面心上，通過該頂點Ag+可形成8個晶胞，每個面心上的Ag+被重復使用了2次，所以與Ag+距離相等且最近的Ag+的數(shù)目為=12個；在一個晶胞中含有Ag+的數(shù)目為8×+6×=4，含有N5-的數(shù)目為1+12×=4，晶胞體積為V=(2a×10-7)3 cm3，則ρ= g/cm3。