Question

【題目】我國科學家最近成功合成了世界上首個五氮陰離子鹽(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl（用R代表）。回答下列問題：

(1)氮原子價層電子的軌道表達式（電子排布圖）為_____________。

(2)元素的基態氣態原子得到一個電子形成氣態負一價離子時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___________；氮元素的E1呈現異常的原因是__________。

(3)經X射線衍射測得化合物R的晶體結構，其局部結構如圖（b）所示。

①從結構角度分析，R中兩種陽離子的相同之處為_________，不同之處為__________。（填標號）

A．中心原子的雜化軌道類型 B． 中心原子的價層電子對數

C．立體結構 D．共價鍵類型

②R中陰離子N5中的σ鍵總數為________個。分子中的大π鍵可用符號表示，其中m代表參與形成大π鍵的原子數，n代表參與形成大π鍵的電子數（如苯分子中的大π鍵可表示為），則N5—中的大π鍵應表示為____________。

③圖（b）中虛線代表氫鍵，其表示式為(NH4+)NH…Cl、____________、____________。

(4)R的晶體密度為d g·cm3，其立方晶胞參數為a nm，晶胞中含有y個單元，該單元的相對質量為M，則y的計算表達式為______________。

Answer 1

【答案】 同周期元素隨核電荷數依次增大，原子半徑逐漸變小，故結合一個電子釋放出的能量依次增大 N原子的2p軌道為半充滿狀態，具有額外穩定性，故不易結合一個電子 ABD C 5 (H3O+)O-H…N(N5-) (NH4+)N-H…N(N5-)

【解析】

(1)氮原子價層電子為最外層電子，即2s22p3，則電子排布圖為；

(2)元素的非金屬性越強，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依次增大，半徑逐漸減小，從左到右易結合電子，放出的能量增大；N的最外層為半充滿結構，較為穩定，不易結合一個電子；答案為同周期元素隨核電荷數依次增大，原子半徑逐漸變小，故結合一個電子釋放出的能量依次增大；N原子的2p軌道為半充滿狀態，具有額外穩定性，故不易結合一個電子；

(3)圖示中的陽離子分別為H3O＋和NH4＋；

①A．陽離子為H3O＋和NH4＋，NH4＋中心原子N形成4個σ鍵，孤電子對數為價層電子對數為4，雜化類型為sp3；H3O＋中心原子是O，形成3σ鍵，孤電子對數為，價層電子對數為4，為sp3雜化；

B．由以上分析可知H3O＋和NH4＋中心原子的價層電子對數都為4；

C．NH4＋為空間構型為正四面體，H3O＋為空間構型為三角錐形；

D．含有的共價鍵類型都為σ鍵。

兩種陽離子的相同之處為ABD，不同之處為C；

②根據圖（b）N5－中σ鍵總數為5個；根據圖示，每個N原子和周邊的N原子形成2個鍵，則每個N原子還有1個2P軌道沒有成鍵。可知5個N原子，共有5個2p軌道，形成一個大π鍵，該大π鍵含有5+1個=6電子，可用符號表示；

③O、N的非金屬性較強，對應的O-H、N-H都可與N形成氫鍵，根據圖示，氫鍵還有2種，可表示為(H3O+)O-H…N(N5-)、(NH4+)N-H…N(N5-)；

(4)由，NA=6.02×1023mol－1，帶入數據，得。