Question

【題目】B元素和N元素對植物生長及人體健康有著十分重要的作用，也廣泛應用于新型材料的制備。

（1）基態氮原子的外圍電子排布圖為________________；晶體硼單質的基本結構單元為正二十面體，其能自發地呈現多面體外形，這種性質稱為晶體的__________________性。

（2）氨硼烷(NH3BH3)被認為是最具潛力的新型儲氫材料之一，與氨硼烷互為等電子體的分子、離子的化學式分別是______________、________________。 (各舉一例)，第二周期元素中第一電離能介于B和N之間的元素是______________(填元素符號)。

（3）血紅素是吡咯(C4H5N)的重要衍生物，血紅素(含Fe2+)可用于治療缺鐵性貧血。吡咯和血紅素的結構如下圖：

①己知吡咯中的各個原子均在同一平面內；則吡咯分子中N原子的雜化類型為________________。

②1mol吡咯分子中所含的σ鍵總數為__________個；分子中的大π鍵可用Π表示，其中m代表參與形成大π鍵的原子數，n代表參與形成大π鍵的電子數，則吡咯環中的大π鍵應表示為____________。

③C、N、O三種元素的簡單氫化物鍵角由小到大的順序為_____________(填化學式)，原因是__________________。

④血液中的O2是由血紅素在人體內形成的血紅蛋白來輸送的，則血紅蛋白中的Fe2+與O2是通過___________鍵相結合。

（4）氮化硼(BN)是受高度關注的耐磨材料，可作為金屬表面的保護層，其結構與金剛石類似，晶胞結構如圖所示。已知該晶體密度為ag/cm3，根據硬球接觸模型計算晶體中兩個最近的N原子間的距離為：_________pm。（用含a的代數式表示，NA表示阿伏加德羅常數）

Answer 1

【答案】 自范 C2H6 N2H62+ Be、C、O sp2 10 NA H2O＜NH3＜CH4 CH4、NH3、H2O中心原子均為sp3雜化，中心原子孤電子對數分別為0、1、2，孤電子對間排斥力大于孤電子對與成鍵電子對間排斥力大于成鍵電子對間排斥力，故鍵角順序為H2O＜NH3＜CH4 配位鍵 ×1010

【解析】（1）氮原子價電子有5個電子，外圍電子排布圖為；晶體硼單質的基本結構單元為正二十面體，其能自發地呈現多面體外形，這種性質稱為晶體的自范性。

（2）等電子體是指價電子數、原子個數相同的分子、離子或原子團，NH3BH3有8個原子，14個價電子，所以與氨硼烷互為等電子體的分子、離子的化學式可以是C2H6、N2H62+；同一周期元素中自左向右第一電離能有增大的趨勢，但Be大于B(Be的2s全滿)，N大于O（N的2p半充滿），第一電離能由小到大的順序為：B<Be<C<O<N,所以介于B和N之間的元素是Be、C、O。

（3）①根據各個原子均在同一平面內，則吡咯分子中N原子的雜化類型為sp2；

②從結構圖知1mol吡咯分子中所含的σ鍵總數為10 NA個；吡咯環中的大π鍵包含5個原子（4個碳原子和一個氮原子）、6個電子（氮原子2個，每個碳原子各一個），應表示為。

③CH4、NH3、H2O中心原子均為sp3雜化，中心原子孤電子對數分別為0、1、2，孤電子對間排斥力大于孤電子對與成鍵電子對間排斥力大于成鍵電子對間排斥力，故鍵角順序為H2O＜NH3＜CH4 ，因此，本題正確答案為：H2O＜NH3＜CH4 ；CH4、NH3、H2O中心原子均為sp3雜化，中心原子孤電子對數分別為0、1、2，孤電子對間排斥力大于孤電子對與成鍵電子對間排斥力大于成鍵電子對間排斥力，故鍵角順序為H2O＜NH3＜CH4。

④Fe2+提供空軌道，O2提供孤對電子，Fe2+與O2通過配位鍵相結合。

（4）一個晶胞中B原子數目=8+6=4，含N原子數=4，一個晶胞的質量g，根據，V==cm3，晶胞棱長為cm=×1010pm，仔細觀察BN的晶胞結構不難發現N位于晶胞中8個小立方體中互不相鄰的4個小立方體的體心，N與N之間距離就是晶胞面對角線的一半，因此晶體中兩個最近的N原子間的距離為：×1010pm。