Question

【題目】N、Fe是兩種重要的元素，其單質及化合物在諸多領域中都有廣泛的應用。

（1）基態N 原子最高能級的電子云輪廓圖形狀為_____________；N原子的第一電離能比O原子的大，其原因是_________________________，基態鐵原子的價電子排布圖為_______

（2）在高壓下氮氣會發生聚合得到高聚氮，晶體結構如圖所示。晶體中每個氮原子與另外三個氮原子結合形成空間網狀結構。氮原子的雜化軌道類型為_________。這種高聚氮N-N 鍵的鍵能為160kJ/mol，而N2 的鍵能為942kJ/mol，其可能潛在的應用是______________________。

（3）疊氮化鈉和氫疊氮酸(HN3)已一步步進入我們的生活，如汽車安全氣囊等。

①寫出與N3-屬于等電子體的一種分子__________（填分子式）。

②氫疊氮酸(HN3)可由肼(N2H4)被HNO2氧化制得，同時生成水。下列敘述錯誤的是___（填標號）

A．上述生成HN3的化學方程式為：N2H4+HNO2= HN3+2 H2O

B．NaN3的晶格能大于KN3的晶格能

C．氫疊氮酸(HN3)和水能形成分子間氫鍵

D．HN3和N2H4都是由極性鍵和非極性鍵構成的非極性分子。

E．HN3分子中四個原子可能在一條直線上

（4）某種離子型鐵的氧化物晶胞如圖所示，它由A、B方塊組成。則該化合物中Fe2+、Fe3+、O2-的個數比為______(填最簡整數比)；已知該晶體的密度dg/cm3,阿伏加德羅常數的值為NA，則晶胞參數為______nm(用含d和NA的代數式表示)。

（5）一種鐵、碳形成的間隙化合物的晶體結構如圖所示，其中碳原子位于鐵原子形成的八面體的中心。每個鐵原子又為兩個八面體共用。則該化合物的化學式為_______。

Answer 1

【答案】啞鈴形(紡錘形) N原子的2P軌道電子處半充滿狀態，比較穩定， sp3 制炸藥(或高能燃料) CO2或N2O DE 1:2:4 Fe3C。

【解析】

（1）N原子最高能級是2p能級；N原子的2P軌道電子處半充滿狀態，比較穩定；基態鐵原子價電子排布式為3d64s2；

（2）氮原子價層電子對個數=σ鍵個數+孤電子對個數=3+=4，氮原子的雜化軌道類型為sp3；這種高聚氮N-N 鍵的鍵能為160kJ/mol，而N2的鍵能為942kJ/mol，其可能潛在的應用是制炸藥(或高能燃料)；

（3）①N3-有3個原子和16個價電子，故與N3-屬于等電子體的分子有CO2或N2O；

②氫疊氮酸(HN3) 可由肼(N2H4)被HNO2氧化制得，同時生成水。

（4）A含有1.5個亞鐵離子、4個氯離子，B含有0.5個亞鐵離子、4個氧離子、4個鐵離

子；

晶胞含有Fe2+、Fe3+、O2-的個數分別是為4、8、16，它們的相對質量之和是8×232，根據m=V計算；

（5）根據均攤原則每個鐵原子又為兩個八面體共用，所以鐵與碳原子數比是6：1=3：1。

（1）N為7號元素，基態N 原子的核外電子排布式是1s22s22p3；最高能級2p能級的電子云輪廓圖形狀為啞鈴形(紡錘形)；N原子的2P軌道電子處半充滿狀態，比較穩定，故N原子的第一電離能比O原子的大；

Fe是26號元素，其原子核外有26個電子，其價電子排布式為3d64s2，故基態鐵原子的價電子排布圖為：；

故答案為：啞鈴形(紡錘形)；N原子的2P軌道電子處半充滿狀態，比較穩定；；

（2）每個氮原子最外層均滿足8電子穩定結構，N原子的最外層有5個電子，可形成3個共價鍵，價層電子對個數=σ鍵個數+孤電子對個數=3+=4，氮原子的雜化軌道類型為sp3；這種高聚氮N-N 鍵的鍵能為160kJ/mol，而N2的鍵能為942kJ/mol，其可能潛在的應用是制炸藥(或高能燃料)；

故答案為：sp3；制炸藥(或高能燃料)；

（3）①N3-有3個原子和16個價電子，故與N3-屬于等電子體的分子有CO2或N2O；

②氫疊氮酸(HN3) 可由肼(N2H4)被HNO2氧化制得，同時生成水。

A．上述生成HN3的化學方程式為：N2H4+HNO2= HN3+2H2O，A正確；

B．鈉離子的半徑小于鉀離子，故NaN3的晶格能大于KN3的晶格能，B正確；

C．氫疊氮酸(HN3)和水能形成分子間氫鍵，C正確；

D．HN3是極性分子，N2H4是非極性分子，D不正確；

E．HN3分子結構示意圖為，靠近H原子的第1個N原子是sp2雜化的，第二個N原子是sp雜化的，端位的N原子不雜化，故四個原子不在一條直線上，E不正確。綜上所述，敘述錯誤的是DE 。

故答案為：CO2或N2O；DEspan>；

（4）A含有1.5個亞鐵離子、4個氯離子，B含有0.5個亞鐵離子、4個氧離子、4個鐵離

子，則該氧化物中Fe2+、Fe3+、O2-的個數比為1:2:4。

晶胞含有Fe2+、Fe3+、O2-的個數分別是為4、8、16，它們的相對質量之和是8×232，根據m=V可得8×232g= dg/cm3a3NA，a=107nm；

故答案為：1:2:4；107；

（5）根據均攤原則每個鐵原子又為兩個八面體共用，所以鐵與碳原子數比是6：1=3：1，

則該化合物的化學式為Fe3C；

故答案為：Fe3C。