Question

【題目】氮及其化合物在科學研究和化工生產等領域都有著廣泛的應用。請回答下列問題：

（1）與氮元素同族的第四周期元素的基態原子價層電子軌道表達式為___________。

（2）HOCH2CN的結構簡式如圖，該分子中σ鍵與π鍵數目之比為___________，其分子中碳原子的雜化方式為___________，該物質中除氫以外的元素的第一電離能由大到小的順序為______________________。

（3）[Cu(NH3)4]SO4是一種重要的配合物。與SO42－互為等電子體的分子的化學式為___________(任寫一種)。NH3的 VSEPR模型為___________。[Cu(NH3)4]2+的結構可用示意圖表示為______________________。

（4）①已知：2UO2+5NH4HF22UF4·NH4F+3NH3↑+4H2O↑，NH4HF2中不含有的作用力為___________(填選項字母)。

A.共價鍵 B.配位鍵 C.金屬鍵 D.離子鍵 E.氫鍵

②NH3和H2O的鍵角由大到小的順序為______________________(用分子式表示)，原因是_______________________________________________________。

（5）Cu3N的晶胞結構如圖所示，N3－的配位數為___________，Cu+半徑為apm，N3－的半徑為bpm，Cu3N晶胞的密度為___________g/cm3(列出計算式即可，阿伏加德羅常數的值用NA表示)。

Answer 1

【答案】 3:1 sp、sp3 N>O>C CCl4 、 SiCl4 、 CBr4 、 SiF4 等合理答案即可 四面體形 或 C NH3>H2O NH3分子中N原子采用sp3雜化，N原子還有一對孤對電子，而H2O分子中的O原子采用sp3雜化，O原子有兩對孤對電子，據電子對互斥理論，H2O中的兩對孤電子對對成鍵電子對的斥力更大，所以H2O的鍵角更小。或者答：孤電子對對孤電子對的斥力大于孤電子對對成鍵電子對的斥力。 6

【解析】

（1）氮元素的價層電子2s22p3，與氮元素同族的第四周期元素的基態原子價層電子4s24p3，寫出價層電子軌道表達式；

（2）HOCH2CN分子中σ鍵為6個、π鍵數為2；其分子中碳原子的雜化方式有2種，形成4個σ鍵的碳是sp3雜化，形成2個σ鍵，2個π鍵的碳為sp雜化；N原子價電子構型是半充滿狀態，在同一周期第一電離能會變大。

（3）與SO42－互為等電子體的分子的化學式為CCl4 、SiCl4 、CBr4 、SiF4 等。

NH3中N原子孤電子對數=（5-3）/2=1，價層電子對數=3+1=4。

[Cu(NH3)4]2+的中Cu與N形成4個配位鍵。

（4）①NH4HF2中含有的作用力：N-H共價鍵 ，N-H中有一個是配位鍵 ，銨根離子和酸根離子間是離子鍵，H和F之間可形成氫鍵。

②NH3和H2O的鍵角由大到小的順序為NH3>H2O， NH3分子中N原子采用sp3雜化，N原子還有一對孤對電子，而H2O分子中的O原子采用sp3雜化，O原子有兩對孤對電子，據電子對互斥理論，H2O中的兩對孤電子對對成鍵電子對的斥力更大，所以H2O的鍵角更小。或者答：孤電子對對孤電子對的斥力大于孤電子對對成鍵電子對的斥力。

（5）由Cu3N的晶胞結構如圖，大球個數=12×1/4=3，小球個數=1/8=1，所以大球表示Cu原子、小球表示N原子，由空間結構可知，中間面上N的周圍有4個Cu，上下面上各有1個Cu，則N3－的配位數4+2=6，Cu3N的密度=m/V，以此來解答．

（1）氮元素的價層電子2s22p3，與氮元素同族的第四周期元素的基態原子價層電子4s24p3，基態原子價層電子軌道表達式為；

（2）HOCH2CN分子中σ鍵為6個、π鍵數為2，σ鍵與π鍵數目之比為3：1；其分子中碳原子的雜化方式有2種，形成4個σ鍵的碳是sp3雜化，形成2個σ鍵，2個π鍵的碳為sp雜化；N原子價電子構型是半充滿狀態，在同一周期第一電離能會變大，該物質中除氫以外的元素的第一電離能由大到小的順序為N>O>C。

（3）與SO42－互為等電子體的分子的化學式為CCl4 、SiCl4 、CBr4 、SiF4 等。

NH3中N原子孤電子對數=（5-3）/2=1，價層電子對數=3+1=4，NH3的 VSEPR模型為四面體形；[Cu(NH3)4]2+的結構可用示意圖表示為或 ；

（4）①NH4HF2中含有的作用力：N-H共價鍵 ，N-H中有一個是配位鍵 ，銨根離子和酸根離子間是離子鍵，H和F之間可形成氫鍵，無金屬鍵，故選C。

②NH3和H2O的鍵角由大到小的順序為NH3>H2O， NH3分子中N原子采用sp3雜化，N原子還有一對孤對電子，而H2O分子中的O原子采用sp3雜化，O原子有兩對孤對電子，據電子對互斥理論，H2O中的兩對孤電子對對成鍵電子對的斥力更大，所以H2O的鍵角更小。或者答：孤電子對對孤電子對的斥力大于孤電子對對成鍵電子對的斥力。

（5）由Cu3N的晶胞結構如圖，大球個數=12×1/4=3，小球個數=1/8=1，所以大球表示Cu原子、小球表示N原子，由晶胞結構可知，N位于晶胞的頂點，每個頂點周圍最近且距離相等的Cu有6個，則N3－的配位數為6；

晶胞的體積=[（2a+2b）×10-10cm]3，Cu3N的密度=m/V=g·cm－3= g·cm－3。