Question

【題目】1906年，哈伯在60℃高溫、200兆帕高壓的條件下，用鋨(Os)作催化劑，首次成功得到了氨，但產率較低。隨著科學的進步以及科學家們對催化劑的研究改進，現在工業上普遍采用鐵觸媒（主要成分為Fe3O4，助催化劑：K2O、Al2O3、CaO、MgO、CoO等）做合成氨的催化劑，大大提高了合成氨的產率。回答下列問題：

（1）已知元素Co(鈷）的原子核內有27個質子，則該元素基態原子價電子排布式為___。

（2）元素Fe的基態原子核外未成對電子數為___；Fe2+與Fe3+相比較，___更穩定。

（3）C、N、O處于同一周期，其中第一電離能最大的___，電負性最大的是___，它們與氫形成的簡單氫化物沸點從高到低的順序為___。

（4）NH3分子中N原子的雜化方式為___；氨氣極易溶于水（溶解度1：700)，除了氨氣能與水發生反應外，還有兩個原因分別是___、___。

（5）我國長征系列運載火箭使用的液態燃料主要是偏二甲肼［結構簡式：(CH3)2NNH2，可看作是肼(NH2NH2)中同一氮原子上的兩個氫原子被甲基取代］和四氧化二氮，燃燒時發生反應：(CH3)2NNH2+2N2O4=2CO2+4H2O+3N2。當該反應消耗1molN2O4時將形成___molπ鍵。

Answer 1

【答案】3d74s2 4 Fe3+ N O H2O＞NH3＞CH4 sp3 氨氣與水均為極性分子或相似相溶 氨氣分子與水分子之間可以形成氫鍵 5

【解析】

(1)已知元素Co(鈷)的原子核內有27個質子，質子數等于原子核外電子數，則該元素基態原子核外電子排布式為：[Ar]3d74s2，價電子排布式為3d74s2；

(2)元素Fe的基態原子核外排布式為1s22s22p63s23p63d64s2，3d軌道上有6個電子，根據洪特規則，電子優先占據一個空軌道，則核外未成對電子數為4；Fe2+價層電子排布為1s22s22p63s23p63d6，Fe3+價層電子排布為1s22s22p63s23p63d5，Fe3+的3d軌道上處于半充滿穩定狀態，Fe3+更穩定；

(3)C、N、O處于同一周期，隨核電荷數增大，第一電離能逐漸增大，但N原子核外電子2p軌道上電子處于半充滿穩定狀態，第一電離比相鄰元素大，其中第一電離能最大的為N元素；同一周期，隨核電荷數增大，電負性逐漸增大，電負性最大的是O；C、N、O三種元素的最簡單氫化物分別為：CH4、NH3、H2O，由于氨氣、水均能形成氫鍵，故三者沸點從高到低的順序為：H2O＞NH3＞CH4；

(4)NH3分子中N原子的價電子對數=3+=4，則N雜化方式為sp3；氨氣極易溶于水(溶解度1：700)，除了氨氣能與水發生反應外，還有兩個原因分別是氨氣與水均為極性分子或相似相溶、氨氣分子與水分子之間可以形成氫鍵；

(5)一個N2分子由氮氮三鍵結合而成，三鍵中含有一個σ鍵和2個π鍵，一個CO2分子中含有兩個碳氧雙鍵，每個雙鍵中一個σ鍵和1個π鍵，根據反應(CH3)2NNH2+2N2O4=2CO2+4H2O+3N2，當該反應消耗1molN2O4時將生成1mol CO2和mol N2，則形成π鍵的物質的量=1mol×2+mol×2=5mol。