Question

【題目】碳、氮元素是構成生物體的主要元素，在動植物生命活動中起著重要作用。根據要求回答下列問題：

（1）氮原子核外有___________種不同運動狀態的電子，基態氮原子核外電子排布圖為___________。

（2）已知：(NH4)2CO32NH3↑+H2O↑+CO2↑

①與氧同周期，且第一電離能比氧大的元素有___________種。

②分解所得的氣態化合物分子的鍵角由小到大的順序為___________(填化學式)。

（3）物質中與CO32－中的碳原子雜化類型相同和不同的碳原子的個數比為___________。

（4）配合物[Cu(CH3C≡N)4]BF4中銅原子的價電子排布式：___________，BF4－的空間構型為___________。寫出與BF4－互為等電子體的一種分子和一種離子的化學式：___________、___________。

（5）碳元素與氮元素形成的某種晶體的晶胞如圖所示(8個碳原子位于立方體的頂點，4個碳原子位于立方體的面心，4個氮原子在立方體內)，該晶體硬度超過金剛石，成為首屈一指的超硬新材料。

①晶胞中C原子的配位數為___________。該晶體硬度超過金剛石的原因是___________。

②已知該晶胞的邊長apm，阿伏加德羅常數用NA表示，則該晶體的密度為___________。

Answer 1

【答案】7 3 H2O<NH3<CO2 3:2 3d104s1 正四面體 CCl4 SO42- 4 該晶體和金剛石均為原子晶體，該晶體中的C-N鍵的鍵長比金剛石中的C-C鍵的鍵長短，鍵能大，故硬度大

【解析】

(1)原子核外沒有運動狀態相同的電子；N原子價電子排布式是為2s22p3，結合泡利原理、洪特規則畫出價電子排布圖；(2)①與氧同周期，且第一電離能比氧大的元素有N、F、Ne；②分解所得的氣態化合物有H2O、NH3、CO2，H2O為V形，NH3為三角錐形，CO2為直線形，H2O中有兩對孤電子對，NH3中1對孤電子對，孤電子對與鍵合電子對斥力大于鍵合電子對與鍵合電子對間斥力；(3)CO32-中C的雜化方式為sp2，分子中苯環C為sp2雜化，-CN中C為sp雜化，-CH3與-CH2-中與-CH中C為sp3雜化，據此計算；

(4)判斷空間構型時可利用價層電子對互斥理論。BF4-中無孤電子對，有4個σ鍵電子對，故呈四面體形；尋找等電子體時可利用價電子遷移法找到；(5)①根據晶胞結構分析，1個C周圍等距且最近的N有4個，晶體硬度超過金剛石，從C-N的鍵能和C-C鍵能角度分析；②先計算晶胞的質量和體積，再計算晶體的密度。

(1)原子核外沒有運動狀態相同的電子，基態氮原子核外有7個電子，有7種不同的運動狀態；N原子核外電子排布式是1s22s22p3，結合泡利原理、洪特規則，其核外電子排布圖為；

(2)①與氧同周期，且第一電離能比氧大的元素有N、F、Ne，共有3種；②解所得的氣態化合物有H2O、NH3、CO2，H2O為V形，NH3為三角錐形，CO2為直線形，H2O中有兩對孤電子對，NH3中1對孤電子對，孤電子對與鍵合電子對斥力大于鍵合電子對與鍵合電子對間斥力，所以鍵角大小為：H2O＜NH3＜CO2；(3)CO32-中C的雜化方式為sp2，分子中苯環C為sp2雜化，-CN中C為sp雜化，-CH3與-CH2-與-CH中C為sp3雜化，所以分子中sp2雜化C有6個，sp雜化C有1個，sp3雜化C有3個，所以與CO32- 的碳原子雜化類型相同和不同的碳原子的個數比為6:4=3:2；(4)Cu為29號元素，基態原子的核外電子排布式為[Ar]3d104s1，故基態原子的價層電子排布式為3d104s1；BF4-中心原子B的價層電子對數為4+=4，雜化方式為sp3，則空間構型為正四面體形；BF4-共有5個原子，價電子總數為32，結合等電子體理論可知CCl4、PO43-、SO42-和ClO4-均與之為等電子體；(5)①根據晶胞結構分析，1個C周圍等距且最近的N有4個，晶體硬度超過金剛石，從C-N的鍵能和C-C鍵能角度分析，該晶體和金剛石二者均為原子晶體，該晶體中的C-N鍵的鍵長比金剛石中的C-C鍵的鍵長短，鍵能大，故硬度較金剛石大；②該晶胞中含有碳原子數為8×+6×=3，含有N原子數目為4，則晶胞的化學式為C3N4，一個晶胞的質量為g，晶體的體積為(a×10-10)3cm3，故晶胞的密度為==g/cm3.