Question

【題目】O2、O3、N2、N4是氧和氮元素的幾種單質(zhì)。回答下列問(wèn)題：

（1）O原子中價(jià)電子占據(jù)的軌道數(shù)目為__________________。

（2）第一電離能I1：N____O(填“>”或“<”),第二電離能I2：O大于N的原因是__________________。

（3）O3的空間構(gòu)型為_________________；是_____________(填“極性”或“非極性”)分子；分子中存在的大π鍵，可用符號(hào)表示，其中m表示形成的大π鍵的原子數(shù)，n表示形成的大π鍵的電子數(shù)，則O3中大π鍵應(yīng)表示為_______________________。

（4）N元素的簡(jiǎn)單氣態(tài)氫化物NH3在H2O中溶解度很大，其原因之一是NH3和H2O可以形成分子間氫鍵，則在氨水中氫鍵可以表示為H3N…H-N、___________、____________ （任寫兩種即可）。

（5）已知：如下鍵能和鍵長(zhǎng)數(shù)目。

化學(xué)鍵	鍵長(zhǎng)/pm	鍵能/
N-N	145	193
N=N	125	418
NN	110	946

N2和N4都是N元素的單質(zhì)，其中N4是正面體構(gòu)型，N原子占據(jù)四面體的四個(gè)頂點(diǎn)，從鍵參數(shù)角度分析N4分子穩(wěn)定性遠(yuǎn)小于N2原因是________________________________________。

（6）Na2O的晶胞結(jié)構(gòu)如下圖所示，X表示O2-，Y表示Na+，則O2-的配位數(shù)為_______________，該晶胞的原子空間利用率為_______________；(已知該晶胞的棱長(zhǎng)為apm，r(Na+)=xpm，r(O2-)=ypm)。

Answer 1

【答案】 4 > 失去一個(gè)電子后O+的2p處于半充滿狀態(tài)，更加穩(wěn)定，再失去一個(gè)電子消耗能量更高 V形 極性 H3N…H-O、H2O…H-N H2O…H-O N4中N-N鍵能小于N2中的NN，鍵長(zhǎng)大于NN 8 ×100%

【解析】分析：（1）根據(jù)原子核外電子排布式及一個(gè)原子軌道最多容納2個(gè)電子解答。

（2）電離能是基態(tài)的氣態(tài)原子失去電子變?yōu)闅鈶B(tài)陽(yáng)離子，必須克服核電荷對(duì)電子的引力而所需要的能量；第一電離能是原子失去一個(gè)電子，而第二電離能則是失去外層第二個(gè)電子；可根據(jù)元素性質(zhì)(活潑性)判斷。

（3）臭氧中O原子以sp2雜化軌道形成σ鍵，分子形狀為V形，形成三中心四電子大π鍵。

（4）N原子與其他分子的H原子之間可形成分子間氫鍵，O原子與其他分子的H原子之間也可形成分子間氫鍵。

（5）鍵長(zhǎng)越小，說(shuō)明原子核之間的距離小，鍵能越大，拆開化學(xué)鍵需要的能量高，穩(wěn)定性越高，由此入手分析。

（6）結(jié)合晶胞結(jié)構(gòu)，以處于面心上的O2-周圍Na+數(shù)為例分析O2-的配位數(shù)比較容易理解；先計(jì)算晶胞中的微粒的體積，再計(jì)算晶胞體積，二者的體積百分比即是空間利用率。

詳解：（1）O原子的價(jià)電子排布式為2s22p4，其價(jià)電子占據(jù)的4原子軌道。

（2）同周期從左到右第一電離能呈增大趨勢(shì)，但N的電子排布最外層p能級(jí)三個(gè)軌道各有一電子，處于半充滿狀態(tài)，比較穩(wěn)定，所以第一電離能I1：N>O；O失去一個(gè)電子后O+的2p處于半充滿狀態(tài)，更加穩(wěn)定，再失去一個(gè)電子消耗能量更高，所以第二電離能I2：O>N。

（3）O3看成一個(gè)O原子是中心原子，其他兩個(gè)O原子為配原子的三原子分子，價(jià)電子對(duì)數(shù)=2+1/2(6-2×2)=3，有一個(gè)孤電子對(duì)，屬于sp2雜化，空間構(gòu)型為V形；因?yàn)?/span>V形空間構(gòu)型正負(fù)電荷重心不重合，所以是極性分子；O原子的軌道表示式為：，O3中心氧原子采取sp2雜化，其中兩個(gè)單電子軌道與另外兩個(gè)原子形成兩個(gè)σ鍵，第三個(gè)軌道有一對(duì)孤電子對(duì)，與另兩個(gè)氧原子的各1個(gè)電子形成三中心四電子大π鍵，可用符號(hào)表示。

（4）因?yàn)?/span>O、N原子有比較強(qiáng)的吸電子能力，所以NH3和H2O既會(huì)吸引同種分子的H，又會(huì)吸引對(duì)方分子的H，從而形成氫鍵，所以在氨水中存在4種分子間氫鍵，可以表示為：H3N…H-N、H3N…H-O、H2O…H-N、H2O…H-O。

（5）因?yàn)?/span>N4是正面體構(gòu)型，N原子占據(jù)四面體的四個(gè)頂點(diǎn)，所以N4中只存在N-N，而N2中只存在NN，由表中數(shù)據(jù)可知，N-N鍵長(zhǎng)大于NN鍵長(zhǎng)，N-N鍵能小于NN鍵能，且二者鍵能差距較大，所以N4分子穩(wěn)定性遠(yuǎn)小于N2。

（6）分析Na2O的晶胞結(jié)構(gòu)圖可得，處于面心上的O2-被2個(gè)晶胞共用，以圖中上面的面心O2-為例，在其上方還有一個(gè)同樣的晶胞與其緊鄰，所以每個(gè)O2-周圍有8個(gè)Na+與之最近距離，則O2-的配位數(shù)為8；Na2O晶胞中Na+數(shù)為8，O2-數(shù)為：8×+6×=4，根據(jù)r(Na+)=xpm、r(O2-)=ypm及球體的體積公式可得：這12個(gè)原子總體積V1=8××πx+4××πy，根據(jù)該晶胞的棱長(zhǎng)為apm，則晶胞體積為：V2=a3，所以該晶胞的原子空間利用率為：V1÷V2×100%=（8××πx+4××πy）÷a3×100%=×100%。