Question

【题目】B元素和N元素对植物生长及人体健康有着十分重要的作用，也广泛应用于新型材料的制备。

（1）基态氮原子的外围电子排布图为________________；晶体硼单质的基本结构单元为正二十面体，其能自发地呈现多面体外形，这种性质称为晶体的__________________性。

（2）氨硼烷(NH3BH3)被认为是最具潜力的新型储氢材料之一，与氨硼烷互为等电子体的分子、离子的化学式分别是______________、________________。 (各举一例)，第二周期元素中第一电离能介于B和N之间的元素是______________(填元素符号)。

（3）血红素是吡咯(C4H5N)的重要衍生物，血红素(含Fe2+)可用于治疗缺铁性贫血。吡咯和血红素的结构如下图：

①己知吡咯中的各个原子均在同一平面内；则吡咯分子中N原子的杂化类型为________________。

②1mol吡咯分子中所含的σ键总数为__________个；分子中的大π键可用Π表示，其中m代表参与形成大π键的原子数，n代表参与形成大π键的电子数，则吡咯环中的大π键应表示为____________。

③C、N、O三种元素的简单氢化物键角由小到大的顺序为_____________(填化学式)，原因是__________________。

④血液中的O2是由血红素在人体内形成的血红蛋白来输送的，则血红蛋白中的Fe2+与O2是通过___________键相结合。

（4）氮化硼(BN)是受高度关注的耐磨材料，可作为金属表面的保护层，其结构与金刚石类似，晶胞结构如图所示。已知该晶体密度为ag/cm3，根据硬球接触模型计算晶体中两个最近的N原子间的距离为：_________pm。（用含a的代数式表示，NA表示阿伏加德罗常数）

Answer 1

【答案】 自范 C2H6 N2H62+ Be、C、O sp2 10 NA H2O＜NH3＜CH4 CH4、NH3、H2O中心原子均为sp3杂化，中心原子孤电子对数分别为0、1、2，孤电子对间排斥力大于孤电子对与成键电子对间排斥力大于成键电子对间排斥力，故键角顺序为H2O＜NH3＜CH4 配位键 ×1010

【解析】（1）氮原子价电子有5个电子，外围电子排布图为；晶体硼单质的基本结构单元为正二十面体，其能自发地呈现多面体外形，这种性质称为晶体的自范性。

（2）等电子体是指价电子数、原子个数相同的分子、离子或原子团，NH3BH3有8个原子，14个价电子，所以与氨硼烷互为等电子体的分子、离子的化学式可以是C2H6、N2H62+；同一周期元素中自左向右第一电离能有增大的趋势，但Be大于B(Be的2s全满)，N大于O（N的2p半充满），第一电离能由小到大的顺序为：B<Be<C<O<N,所以介于B和N之间的元素是Be、C、O。

（3）①根据各个原子均在同一平面内，则吡咯分子中N原子的杂化类型为sp2；

②从结构图知1mol吡咯分子中所含的σ键总数为10 NA个；吡咯环中的大π键包含5个原子（4个碳原子和一个氮原子）、6个电子（氮原子2个，每个碳原子各一个），应表示为。

③CH4、NH3、H2O中心原子均为sp3杂化，中心原子孤电子对数分别为0、1、2，孤电子对间排斥力大于孤电子对与成键电子对间排斥力大于成键电子对间排斥力，故键角顺序为H2O＜NH3＜CH4 ，因此，本题正确答案为：H2O＜NH3＜CH4 ；CH4、NH3、H2O中心原子均为sp3杂化，中心原子孤电子对数分别为0、1、2，孤电子对间排斥力大于孤电子对与成键电子对间排斥力大于成键电子对间排斥力，故键角顺序为H2O＜NH3＜CH4。

④Fe2+提供空轨道，O2提供孤对电子，Fe2+与O2通过配位键相结合。

（4）一个晶胞中B原子数目=8+6=4，含N原子数=4，一个晶胞的质量g，根据，V==cm3，晶胞棱长为cm=×1010pm，仔细观察BN的晶胞结构不难发现N位于晶胞中8个小立方体中互不相邻的4个小立方体的体心，N与N之间距离就是晶胞面对角线的一半，因此晶体中两个最近的N原子间的距离为：×1010pm。