Question

【題目】[化學一選修3:物質結構與性質]

氮和氧是地球上極為豐富的元素。請回答下列問題:

(1)從原子軌道重疊方式考慮，氮分子中的共價鍵類型有____________；氮分子比較穩定的原因是_________。

(2)C、N、O的第一電離能由大到小的順序為_____________(用元素符號表示)；NH3易溶于水而CH4難溶于水的原因是____________________________________________。

(3)X+中所有電子恰好充滿K、L、M3個電子層。

①X+與N3-形成的晶體結構如圖所示。X原子的核外電子運動狀態有____種；基態N3-的電子排布式為______；與N3-等距離且最近的X+有______個。

②X2+和Zn2+分別可與NH3形成[X(NH3)4]2+、[Zn(NH3)4]2+，兩種配離子中提供孤電子對的原子均為_______(寫元素名稱)。已知兩種配離子都具有對稱的空間構型，[Zn(NH3)4]2+中的兩個NH3被兩個Cl-取代只能得到一種結構的產物，而[X(NH3)4]2+中的兩個NH3被兩個Cl-取代能得到兩種結構不同的產物，則[X(NH3)4]2+的空間構型為_______；[Zn(NH3)4]2+中Zn的雜化類型為_______________。

(4)最新研究發現，水能凝結成13種類型的結晶體。除普通冰外，還有-30℃才凝固的低溫冰，180℃依然不變的熱冰，比水密度大的重冰等。重冰的結構如圖所示。已知晶胞參數a=333.7pm，阿伏加德羅常數的值取6.02×1023，則重冰的密度為_______g.cm-3(計算結果精確到0.01)。

Answer 1

【答案】 σ鍵和π鍵 氮氮叁鍵的鍵能大 N>O>C NH3和H2O分子間形成氫鍵，CH4為非極性分子，不易溶于水 29 1s22s22p6 6 氮 平面正方形 sp3 1.61

【解析】(1)氮氣分子的結構式為NN，其中的共價鍵類型為一個σ鍵和兩個π鍵，氮氣分子比較穩定的原因就是氮氮叁鍵的鍵能大，不易被破壞；

(2)由于同周期元素的第一電離能從左到右一般是逐漸增大的，但N元素最外層的2p上只有3個電子，屬于半滿狀態，比較穩定，所以N元素的第一電離能大于O元素的，因此C、N、O的第一電離能由大到小的順序為N>O>C；NH3分子中的N元素和水分子中的O元素都具有強的吸引電子能力，它們通過H原子在NH3分子和水分子間形成氫鍵，因此NH3易溶于水，但CH4中的C元素沒有強的吸引電子能力，且CH4為非極性分子，所以不能溶于極性的水中；

(3) ①X+中所有電子恰好充滿K、L、M3個電子層，則X原子核外電子數為2+8+18+1 =29，即X是29號元素Cu，因為原子核外沒有運動狀態完全相同的兩個電子存在，所以Cu原子核外電子的運動狀態共有29種；基態N3-的電子排布式為1s22s22p6；由晶體結構圖可知與N3-等距離且最近的X+有6個，分別在棱的中點，位于N3-的上下、左右、前后六個位置；②NH3分子中的N原子上有孤電子對，所以兩種配離子中提供孤電子對的原子為氮元素；已知兩種配離子都具有對稱的空間構型，[Zn(NH3)4]2+中的兩個NH3被兩個Cl-取代只能得到一種結構的產物，說明該離子為正四面體結構，其中Zn以sp3雜化提供四個完全等效的共價鍵，而[Cu(NH3)4]2+中的兩個NH3被兩個Cl-取代能得到兩種結構不同的產物，說明該離子為平面正方形結構，兩個氯原子在同一邊上或在對角線上，是兩種不同的結構；

(4)根據重冰的結構可知，其中含有2個水分子，所以該晶胞的質量為= g，其體積為a3=(3.337×10-8cm)3=3.72×10-23cm3，所以其密度為/3.72×10-23cm3 = 1.61 g/cm3。