Question

15．南京理工大学化工学院胡炳成教授团队于2017年1月成功合成世界首个全氮阴离子盐，使氮原子簇化合物的研究又有了新的突破．请根据材料回答以下问题：
（1）N、O、F三种元素的第一电离能由大到小的顺序为F＞N＞O（填元素符号）；与N₂互为等电子体的全氧离子化学式为O₂²⁺；具有空间网状结构的高聚氮结构如图一所示，则N₇₀的沸点＜（填“＞”、“＜”或“=”）高聚氮的沸点，原因是N₇₀是分子晶体，高聚氮是原子晶体；N₇₀和高聚氮属于A（选填序号）．
A．同素异形体    B．同分异构体    C．同位素      D．同系物
（2）叠氮化物是研究较早的含全氮阴离子的化合物，如：氢叠氮酸（HN₃）、叠氮化钠（NaN₃）等．叠氮化物能形成多种配合物，在[Co（N₃）（NH₃）₅]SO₄中，其中钴显+3价，它的配体是N₃^-、NH₃，SO₄^2-的立体构型为正四面体形．
（3）HN₃是一种全氮阴离子酸，可由肼（N₂H₄）被HNO₂氧化制得．下列说法正确的是BD．
A．酸性：HNO₂＞HNO3
B．N₂H₄分子中N原子均采取sp³杂化
C．NaN₃的晶格能小于KN₃的晶格能
D．上述生成氢叠氮酸的化学方程式为N₂H₄+HNO₂═2H₂O+HN₃
（4）N₈是一种由全氮阳离子和全氮阴离子构成的特殊物质，已知阳离子由5个氮原子排列成V 形，每个氮原子均达到八电子稳定结构，则阳离子的电子式为．
（5）一种氮铁化合物的结构如图二所示，若图中六棱柱的体积为Vcm³，用NA表示阿伏加德罗常数的值，则该晶体的密度为$\frac{364}{V{N}_{A}}$g/cm³．

Answer 1

分析 （1）同周期自左而右元素第一电离能呈增大趋势，但N元素原子的2p能级含有3个电子，处于半满稳定状态，能量较低，失去第1个电子需要的能量较大；等电子体为原子数和电子数相同的分子或离子团；原子晶体中原子间通过共价键形成空间网状结构，原子晶体的沸点高于分子晶体；由同种元素组成的不同单质互称同素异形体；
（2）在[Co（N₃）（NH₃）₅]SO₄中，根据化合价代数和为零，可以算得钴的化合价，配位体：提供孤电子对的分子或离子；根据价电子对互斥理论确定微粒SO₄^2-的空间构型，价层电子对个数=σ键个数+孤电子对个数．σ键个数=配原子个数，孤电子对个数=$\frac{1}{2}$（a-xb）；
（3）A．HNO₂为弱酸，而HNO₃是强酸；
B．N₂H₄中氮原子最外层有5个电子，氮原子采用的都是sp³杂化；
C．结构相似的离子晶体中，晶格能与离子半径呈反比；
D．肼和亚硝酸（HNO₂）反应时发生归中反应生成氢叠氮酸（HN₃），H和O元素未发生氧化还原反应，据此书写化学方程式；
（4）N₅结构是对称的，5个N排成V形，5个N结合后都达到8电子结构，且含有2个N≡N键，满足条件的结构为：，故“N₅”带一个单位正电荷，根据结构式写出电子式．
（5）晶胞中N原子处于体心，Fe原子处于顶点与面心，利用均摊法计算原子数目，进而确定化学式，结合晶胞中含有原子数目表示出晶胞质量，再根据ρ=$\frac{m}{V}$计算．

解答 解：（1）同周期自左而右第一电离能呈增大趋势，N元素原子的2p能级有3个电子，为半满稳定状态，能量降低，失去第一个电子需要的能量较高，第一电离能高于同周期相邻元素O，故第一电离能F＞N＞O，N₂中含有2个原子、14个电子数，则与N₂等电子体的全氧离子化学式为O₂²⁺，原子晶体中原子间通过共价键形成空间网状结构，已知高聚氮的结构如图1所示，它具有空间网状结构，所以高聚氮属于原子晶体，原子晶体的沸点高于分子晶体N₇₀，则N₇₀的沸点＜高聚氮的沸点，N₇₀和高聚氮都是氮元素组成的单质，属于同素异形体，
故答案为：F＞N＞O；O₂²⁺；＜；N₇₀是分子晶体，高聚氮是原子晶体；A；
（2）在[Co（N₃）（NH₃）₅]SO₄中，根据化合价代数和为零，设钴的化合价为+x，+x+（-1）+（-2）=0，解得x=+3价，它的配体是N₃^-、NH₃，SO₄^2-中，价层电子对数=σ 键个数+$\frac{1}{2}$（a-xb）=4+$\frac{1}{2}$（6+2-4×2）=4，含孤电子对数为0，杂化轨道数4，采取sp³杂化，分子形状为正四面体形，
故答案为：+3；N₃^-、NH₃；正四面体形；
（3）A．HNO₂为弱酸，而HNO₃是强酸，酸性：HNO₃＞HNO₂，故A错误；
B．N₂H₄中氮原子最外层有5个电子，形成三对共用电子对，另外还有一对孤电子对，氮原子采用的都是sp³杂化，故B正确；
C．NaN₃与KN₃的结构类似，钠离子半径小于钾离子半径，所以NaN₃的晶格能＞KN₃的晶格能，故C错误；
D．肼和亚硝酸（HNO₂）反应时发生归中反应生成氢叠氮酸（HN₃），H和O元素未发生氧化还原反应，故化学方程式为N₂H₄+HNO₂═HN₃+2H₂O，故D正确；
故答案为：BD；
（4）由5个N结合，都达到8电子结构，且含有两个N≡N三键，故N≡N只能在链端，其结构为，两个N-N为配位键，电子对由靠近三键的N提供，故中间的N原子需失去一个电子达到稳定结构，所以N₅分子碎片所带电荷是+1；由其结构式写出电子式为：，
故答案为：；
（5）晶胞中N原子处于体心，含有2个氮原子，Fe原子处于顶点与面心、体心，Fe原子个数为12×$\frac{1}{6}$+2×$\frac{1}{2}$+3=6，图中六棱柱的体积为Vcm³，则晶胞的密度为ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{364}{V{N}_{A}}$g/cm³．
故答案为：$\frac{364}{V{N}_{A}}$g/cm³．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及电离能、等电子体、配合物、电子式、晶胞计算等，注意掌握均摊法进行有关晶胞计算，理解根据价层电子对互斥理论判断立体构型问题，侧重于考查学生对基础知识的应用能力和对知识的迁移能力，题目难度中等．