Question

20．氮元素、氧元素是空气组成的主要元素，可以形成多种化合物．回答以下问题：
（1）基态氮原子的价电子排布式是2s²2p³，氧元素基态原子核外未成对电子数为2个．
（2）C、N、O三种元素第一电离能从大到小的顺序是N＞O＞C．
（3）肼（N₂H₄）分子可视为NH₃分子中的一个氢原子被-NH₂（氨基）取代形成的另一种氮的氢化物．NH₃分子的空间构型是三角锥形；N₂H₄分子中氮原子轨道的杂化类型是sp³；肼能与硫酸反应生成N₂H₆SO₄．N₂H₆SO₄晶体类型与硫酸铵相同，则N₂H₆SO₄的晶体内不存在d（填标号）
a．离子键     b．共价键     c．配位键    d．范德华力
（4）H₂O分子内的O-H键、分子间的范德华力和氢键从强到弱依次为O-H键、氢键、范德华力．
（5）H⁺可与H₂O形成H₃O⁺，H₃O⁺中O原子采用sp³杂化．H₃O⁺中H-O-H键角比H₂O中H-O-H键角大，原因为H₂O中O原子有2对孤对电子，H₃O⁺只有1对孤对电子，排斥力较小．
（6）CaO与NaCl的晶胞同为面心立方结构，已知CaO晶体密度为ag/cm³．N_A表示阿伏加德罗常数，则CaO晶胞体积为$\frac{224}{{a{N_A}}}$cm³．

Answer 1

分析 （1）N原子最外层电子数是5个电子，2个电子位于2s能级、3个电子位于2p能级；O元素基态原子核外有两个未成对电子；
（2）同一周期元素，元素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；
（3）氨气分子中N原子价层电子对个数是4且含有一个孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断空间构型；肼分子中每个N原子价层电子对个数是4，根据价层电子对互斥理论判断N原子杂化方式；
N₂H₆SO₄晶体类型与硫酸铵相同，则N₂H₆SO₄的晶体内离子键、配位键和共价键；
（4）氢键键能介于化学键和分子间作用力之间；
（5）水合氢离子中O原子价层电子对个数是4，根据价层电子对互斥理论判断O原子杂化类型；孤电子对间的排斥力大于孤电子对和共用电子对之间的排斥力；
（6）CaO是面心立方晶胞，其结构和NaCl相似，则该晶胞中钙离子、氧离子个数都是4，晶胞体积=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{ρ}$．

解答 解：（1）N原子最外层电子数是5个电子，2个电子位于2s能级、3个电子位于2p能级，所以其价电子排布式为2s²2p³；O元素基态原子核外有两个未成对电子，
故答案为：2s²2p³；2；
（2）同一周期元素，元素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，N元素位于第VA族，所以这三种元素第一电离能大小顺序是N＞O＞C，故答案为：N＞O＞C；   
（3）氨气分子中N原子价层电子对个数是4且含有一个孤电子对，根据价层电子对互斥理论知空间构型为三角锥形；肼分子中每个N原子价层电子对个数是4，根据价层电子对互斥理论知N原子杂化方式为sp³，
N₂H₆SO₄晶体类型与硫酸铵相同，则N₂H₆SO₄的晶体内离子键、配位键和共价键，不存在范德华力，
故答案为：三角锥形；sp³；d；
（4）氢键键能介于化学键和分子间作用力之间，化学键键能最大，所以H₂O分子内的O-H键、分子间的范德华力和氢键从强到弱依次为O-H键、氢键、范德华力，
故答案为：O-H键、氢键、范德华力；
（5）水合氢离子中O原子价层电子对个数是4，根据价层电子对互斥理论知O原子杂化类型为sp³；孤电子对间的排斥力大于孤电子对和共用电子对之间的排斥力，H₂O中O原子有2对孤对电子，H₃O⁺只有1对孤对电子，排斥力较小，所以H₃O⁺中H-O-H键角比H₂O中H-O-H键角大，
故答案为：sp³；H₂O中O原子有2对孤对电子，H₃O⁺只有1对孤对电子，排斥力较小；
（6）CaO是面心立方晶胞，其结构和NaCl相似，则该晶胞中钙离子、氧离子个数都是4，晶胞体积=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{ρ}$=$\frac{\frac{56}{{N}_{A}}×4}{a}$cm³=$\frac{224}{{a{N_A}}}$cm³，
故答案为：$\frac{224}{{a{N_A}}}$．

点评 本题考查物质结构和性质，为高频考点，涉及晶胞计算、原子杂化方式判断、微粒空间构型判断、氢键等知识点，利用价层电子对互斥理论、构造原理等知识解答即可，难点是晶胞计算，注意氢键不是化学键，为分子间作用力．