Question

8．我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐（N₅）₆（H₃O）₃（NH₄）₄Cl（用R代表）．回答下列问题：
（1）氮原子价层电子对的轨道表达式（电子排布图）为．
（2）元素的基态气态原子得到一个电子形成气态负一价离子时所放出的能量称作第一电子亲和能（E₁）．第二周期部分元素的E₁变化趋势如图（a）所示，其中除氮元素外，其他元素的E₁自左而右依次增大的原因是同周期从左到右核电荷数依次增大，半径逐渐减小，故结合一个电子释放出的能量依次增大；氮元素的E₁呈现异常的原因是N的2p能级处于半充满状态，相对稳定，不易结合电子．
（3）经X射线衍射测得化合物R的晶体结构，其局部结构如图（b）所示．
①从结构角度分析，R中两种阳离子的相同之处为ABD，不同之处为C．（填标号）
A．中心原子的杂化轨道类型
B．中心原子的价层电子对数
C．立体结构
D．共价键类型
②R中阴离子N₅^-中的σ键总数为5个．分子中的大π键可用符号Π_mⁿ表示，其中m代表参与形成的大π键原子数，n代表参与形成的大π键电子数（如苯分子中的大π键可表示为Π₆⁶），则N₅^-中的大π键应表示为Π₅⁶．
③图（b）中虚线代表氢键，其表示式为（NH₄⁺）N-H…Cl、（H₃O⁺）O-H…N、（NH₄⁺）N-H…N．

（4）R的晶体密度为dg•cm^-3，其立方晶胞参数为anm，晶胞中含有y个[（N₅）₆（H₃O）₃（NH₄）₄Cl]单元，该单元的相对质量为M，则y的计算表达式为$\frac{d×（a×1{0}^{-7}）^{3}×{N}_{A}}{M}$．

Answer 1

分析 （1）氮原子价层电子为最外层电子，即2s²2p³，书写电子排布图；
（2）同周期从左到右核电荷数依次增大，半径逐渐减小，从左到右易结合电子，放出的能量增大，N的最外层为半充满结构，较为稳定；
（3）①根据图（b），阳离子为H₃O⁺和NH₄⁺，NH₄⁺中心原子N含有4个σ键，孤电子对数为$\frac{5-1-4×1}{2}$=0，价层电子对数为2，杂化类型为sp³，H₃O⁺中心原子是O，含有3σ键，孤电子对数为$\frac{6-1-3}{2}$=1，空间构型为正四面体，价层电子对数为4，为sp³杂化，空间构型为三角锥形；
②根据图（b）N₅^-中键总数为5个，根据信息，N₅^-的大π键可用符号Π₅⁶；
③O、N的非金属性较强，对应的O-H、N-H都可与H形成氢键；
（4）根据d=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{y}{{N}_{A}×M}}{（a×1{0}^{-7}）^{3}}$计算．

解答 解：（1）氮原子价层电子为最外层电子，即2s²2p³，则电子排布图为，故答案为：；
（2）元素的非金属性越强，越易得到电子，则第一电子亲和能越大，同周期从左到右核电荷数依次增大，半径逐渐减小，从左到右易结合电子，放出的能量增大，N的最外层为半充满结构，较为稳定，不易结合一个电子，
故答案为：同周期从左到右核电荷数依次增大，半径逐渐减小，故结合一个电子释放出的能量依次增大；N的2p能级处于半充满状态，相对稳定，不易结合电子；
（3）①A．阳离子为H₃O⁺和NH₄⁺，NH₄⁺中心原子N含有4个σ键，孤电子对数为$\frac{5-1-4×1}{2}$=0，价层电子对数为4，杂化类型为sp³，H₃O⁺中心原子是O，含有3σ键，孤电子对数为$\frac{6-1-3}{2}$=1，价层电子对数为4，为sp³杂化；
B．由以上分析可知H₃O⁺和NH₄⁺中心原子的价层电子对数都为4；
C．NH₄⁺为空间构型为正四面体，H₃O⁺为空间构型为三角锥形；
D．含有的共价键类型都为σ键．
两种阳离子的相同之处为ABD，不同之处为C；
故答案为：ABD；C；
②根据图（b）N₅^-中键总数为5个，根据信息，N₅^-有6个电子可形成大π键，可用符号Π₅⁶表示，
故答案为：5；Π₅⁶；
③O、N的非金属性较强，对应的O-H、N-H都可与H形成氢键，还可表示为（H₃O⁺）O-H…N、（NH₄⁺）N-H…N，
故答案为：（H₃O⁺）O-H…N、（NH₄⁺）N-H…N；
（4）由d=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{y}{{N}_{A}}×M}{（a×1{0}^{-7}）^{3}}$可知，y=$\frac{d×（a×1{0}^{-7}）^{3}×{N}_{A}}{M}$，故答案为：$\frac{d×（a×1{0}^{-7}）^{3}×{N}_{A}}{M}$．

点评 本题为2017年考题，题目综合考查核外电子排布、元素周期律、轨道的杂化以及晶胞的计算、氢键等问题，侧重考查学生的分析能力和计算能力，题目难度中等，易错点为（3），注意把握氢键的形成．