Question

2．碳氮化合物多种多样．回答下列问题：

（1）基态N原子中，有7种运动状态不同的电子，占据的最高能级符号为2p．
（2）氰分子（N≡C-C≡N）的空间构型是直线型，分子中σ键和π键的个数比是3：4．
（3）比较（OCN）₂和（SCN）₂固体的熔点高低，并说明理由：（SCN）₂较高，二者组成与结构相似，（SCN）₂的相对分子量较大，范德华力较强．
（4）OCN?离子与CN₂²?的具有相同的空间构型和键合形式，O、C、N的第一电离能由大到小的顺序是N＞O＞C．CN₂²?中心C原子的杂化轨道类型为sp．
（5）普鲁士蓝的1/8晶胞结构如图一所示，每隔一个立方体出现一个K⁺（K⁺位于立方体中心）．普鲁士蓝的晶体类型是离子晶体，1个普鲁士蓝晶胞的质量是$\frac{1228}{{N}_{A}}$g．
（6）C和N可以形成如图二网状结构的化合物，该化合物的化学式是C₃N₄．

Answer 1

分析 （1）写出N的核外电子排布式，基态N原子有多少个核外电子就有几种不同的运动状态；根据排布式确定电子占据的最高能级；
（2）根据价层电子对互斥理论确定其空间构型，共价单键是σ键，共价双键中一个是σ键一个是π键，共价三键中一个σ键两个π键；
（3）（OCN）₂和（SCN）₂都是分子晶体，根据分子晶体溶沸点的比较方法进行分析；
（4）同一周期元素，元素的第一电离能随着原子序数增大而增大，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于其相邻元素，据此判断第一电离能大小顺序；根据价层电子对互斥理论确定其杂化轨道类型；
（5）利用均摊法计算普鲁士蓝化学式，根据化学式可知，普鲁士蓝含有离子键，属于离子晶体，根据普鲁士蓝晶胞结构计算1个普鲁士蓝晶胞的质量；
（6）每个C和周围4个N共用电子对，每个N和周围3个C共用电子对．

解答 解：（1）基态N原子的核外电子排布式为1s²2s²2p³，基态N原子核外有 7个电子，因此有7种运动状态不同的电子，电子占据的最高能级符号为2p；
故答案为，7；2p；
（2）氰分子（N≡C-C≡N）碳原子价层电子对个数=2+$\frac{1}{2}$（4-1×4）=2，C原子采取sp杂化，故空间结构为直线型，共价单键是σ键，共价双键中一个是σ键一个是π键，共价三键中一个σ键两个π键，所以含有σ键与π键个数之比=3：4，
故答案为：直线型；3：4；
（3）硫氰（SCN）₂和（OCN）₂的性质与卤素单质相似，它们被称为拟卤素，两者属于分子晶体，分子晶体结构相似，式量越大，范德华力较强，溶沸点越高，（SCN）₂的相对分子量较大，范德华力较强，所以（SCN）₂固体的熔点较高，
故答案为：（SCN）₂较高，二者组成与结构相似，（SCN）₂的相对分子量较大，范德华力较强；
（4）同一周期元素，元素的第一电离能随着原子序数增大而增大，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于其相邻元素，C、N、O元素处于同一周期且原子序数逐渐增大，N处于第VA族，所以第一电离能N＞O＞C，CN₂²?中C与N形成三键，N与N形成单键，中心C原子的价层电子对个数=2+$\frac{1}{2}$（4-1×3-1）=2，C原子采取sp杂化，
故答案为：N＞O＞C；sp；
（5）普鲁士蓝立方体结构中Fe³⁺离子的个数为：4×$\frac{1}{8}$=$\frac{1}{2}$，Fe²⁺离子的个数为：4×$\frac{1}{8}$=$\frac{1}{2}$，CN^-离子的个数为：12×$\frac{1}{4}$=3，根据电荷守恒：N（K⁺）+N（Fe³⁺）×3+N（Fe²⁺）×2=N（CN^-），得N（K⁺）=$\frac{1}{2}$，普鲁士蓝中 n（K⁺）：n（Fe³⁺）：n（Fe²⁺）：n（CN^-）=1：1：1：6，则其化学式为KFe₂（CN）₆，含有离子键、共价键、配位键，属于离子晶体，普鲁士蓝式量为307，普鲁士蓝的1/8晶胞结构含有Fe³⁺离子的个数为$\frac{1}{2}$，Fe²⁺离子的个数为$\frac{1}{2}$，所以1个普鲁士蓝晶胞的质量=$\frac{4×307}{{N}_{A}}$=$\frac{1228}{{N}_{A}}$，
故答案为：离子晶体；$\frac{1228}{{N}_{A}}$；
（6）由图可知一个N与三个C成键，一个C 与四个N成键，所以其化学式为：C₃N₄，
故答案为：C₃N₄．

点评 本题考查物质结构有关知识，掌握原子核外电子排布、杂化轨道理论的应用，晶体结构的解题技巧是解答关键，题目难度中等．