Question

【题目】2017年1月27日,南京理工大学胡炳成教授团队成功合成世界上首个全氮阴离子盐,这使我国在高储能材料研制上达到世界先进水平。

(1)基态氮原子核外两种不同自旋状态的电子数之比为________________。

(2)氮的单质除了N2外,还有N4、N6、N8等,现有两种结构的N4分子A和B,A的分子结构与白磷相似,其分子构型为________________;B分子中4个氮原子在同一平面上，氮原子的杂化方式为________________。

(3)全氮阴离子最先制得的是N3-,写出与N3-互为等电子体的两种分子的化学式________________。

(4)试从物质结构与性质的角度解释全氮化合物爆炸时可释放巨大能量的主要原因________________。

(5)全氮阴离子N5-为平面正五边形,称为五唑氮离子,每个N5-离子内有___个π电子，五唑氮的钠盐、钾盐很不稳定。胡教授团队合成的盐为(H3O)4(NH4)2(N5)5Cl,这种盐分解温度高达116.8℃。该盐热稳定性好的主要原因是________________。

(6)六方氮化硼晶体结构与石墨晶体相似,层间相互作用力为___________。六方氮化硼在高温高压下,可以转化为立方氮化硼。立方氮化硼的结构和硬度都与金刚石相似，晶胞边长为361.5pm,立方氮化硼的密度是______g/cm3(只要求列算式)。

Answer 1

【答案】 2∶5(或5∶2) 正四面体形 sp2杂化 CO2 N2O 全氮化合物爆炸生成氮气，氮分子中含有氮氮三键，键能很大，非常稳定 6 五唑氮离子(N5-)与H3O+、NH4+之间既形成离子键，又形成大量的氢键，提高了分解的能量 分子间作用力(或范德华力)

【解析】(1) 氮原子核电荷数为7，核外电子排布为1s22s22p3，基态核外两种不同自旋状态的电子数之比为2∶5(或5∶2)；正确答案：2∶5(或5∶2)。

(2) 白磷为正四面体结构，A的分子结构与白磷相似,其分子构型为正四面体形；分子中4个氮原子在同一平面上，氮氮之间即存在为双键，也存在单键，所以价层电子对数为2+1=3，氮原子的杂化方式为sp2杂化；正确答案：正四面体形；sp2杂化。

（3）等电子体是指具有原子总数相同、电子总数相同的微粒，与N3-互为等电子体的两种分子可以是CO2 和N2O；正确答案：CO2 和N2O。

(4)全氮化合物爆炸时可释放巨大能量的主要原因：全氮化合物爆炸生成氮气，氮分子中含有氮氮三键，键能很大，非常稳定；正确答案：全氮化合物爆炸生成氮气，氮分子中含有氮氮三键，键能很大，非常稳定。

(5) N5-的大π键上除了有5个N自身的p电子外,还有这个分子簇成为阴离子所获得的电子,所以总共有6个π电子；盐(H3O)4(NH4)2(N5)5Cl分解温度高达116.8℃，该盐热稳定性好的主要原因是：五唑氮离子(N5-)与H3O+、NH4+之间既形成离子键，又形成大量的氢键，提高了分解的能量；正确答案：6；五唑氮离子(N5-)与H3O+、NH4+之间既形成离子键，又形成大量的氢键，提高了分解的能量。

(6) 石墨晶体中每一层中碳碳间为共价键，层与层之间为分子间作用力；立方氮化硼的结构和硬度都与金刚石相似，所以晶胞中含有氮原子个数为8×1/8+6×1/2=4，含有硼原子个数为 4，因此，晶胞含有4个氮化硼粒子，晶胞体积为(361.5×10-10)3 cm3，晶胞质量为4×（14+11）/NAg；所以立方氮化硼的密度=（4×25/NA）÷(361.5×10-10)3g/cm3；正确答案：分子间作用力(或范德华力)；（4×25/NA）÷(361.5×10-10)3。