Question

【题目】氮及其化合物在科学研究和化工生产等领域都有着广泛的应用。请回答下列问题：

（1）与氮元素同族的第四周期元素的基态原子价层电子轨道表达式为___________。

（2）HOCH2CN的结构简式如图，该分子中σ键与π键数目之比为___________，其分子中碳原子的杂化方式为___________，该物质中除氢以外的元素的第一电离能由大到小的顺序为______________________。

（3）[Cu(NH3)4]SO4是一种重要的配合物。与SO42－互为等电子体的分子的化学式为___________(任写一种)。NH3的 VSEPR模型为___________。[Cu(NH3)4]2+的结构可用示意图表示为______________________。

（4）①已知：2UO2+5NH4HF22UF4·NH4F+3NH3↑+4H2O↑，NH4HF2中不含有的作用力为___________(填选项字母)。

A.共价键 B.配位键 C.金属键 D.离子键 E.氢键

②NH3和H2O的键角由大到小的顺序为______________________(用分子式表示)，原因是_______________________________________________________。

（5）Cu3N的晶胞结构如图所示，N3－的配位数为___________，Cu+半径为apm，N3－的半径为bpm，Cu3N晶胞的密度为___________g/cm3(列出计算式即可，阿伏加德罗常数的值用NA表示)。

Answer 1

【答案】 3:1 sp、sp3 N>O>C CCl4 、 SiCl4 、 CBr4 、 SiF4 等合理答案即可 四面体形 或 C NH3>H2O NH3分子中N原子采用sp3杂化，N原子还有一对孤对电子，而H2O分子中的O原子采用sp3杂化，O原子有两对孤对电子，据电子对互斥理论，H2O中的两对孤电子对对成键电子对的斥力更大，所以H2O的键角更小。或者答：孤电子对对孤电子对的斥力大于孤电子对对成键电子对的斥力。 6

【解析】

（1）氮元素的价层电子2s22p3，与氮元素同族的第四周期元素的基态原子价层电子4s24p3，写出价层电子轨道表达式；

（2）HOCH2CN分子中σ键为6个、π键数为2；其分子中碳原子的杂化方式有2种，形成4个σ键的碳是sp3杂化，形成2个σ键，2个π键的碳为sp杂化；N原子价电子构型是半充满状态，在同一周期第一电离能会变大。

（3）与SO42－互为等电子体的分子的化学式为CCl4 、SiCl4 、CBr4 、SiF4 等。

NH3中N原子孤电子对数=（5-3）/2=1，价层电子对数=3+1=4。

[Cu(NH3)4]2+的中Cu与N形成4个配位键。

（4）①NH4HF2中含有的作用力：N-H共价键 ，N-H中有一个是配位键 ，铵根离子和酸根离子间是离子键，H和F之间可形成氢键。

②NH3和H2O的键角由大到小的顺序为NH3>H2O， NH3分子中N原子采用sp3杂化，N原子还有一对孤对电子，而H2O分子中的O原子采用sp3杂化，O原子有两对孤对电子，据电子对互斥理论，H2O中的两对孤电子对对成键电子对的斥力更大，所以H2O的键角更小。或者答：孤电子对对孤电子对的斥力大于孤电子对对成键电子对的斥力。

（5）由Cu3N的晶胞结构如图，大球个数=12×1/4=3，小球个数=1/8=1，所以大球表示Cu原子、小球表示N原子，由空间结构可知，中间面上N的周围有4个Cu，上下面上各有1个Cu，则N3－的配位数4+2=6，Cu3N的密度=m/V，以此来解答．

（1）氮元素的价层电子2s22p3，与氮元素同族的第四周期元素的基态原子价层电子4s24p3，基态原子价层电子轨道表达式为；

（2）HOCH2CN分子中σ键为6个、π键数为2，σ键与π键数目之比为3：1；其分子中碳原子的杂化方式有2种，形成4个σ键的碳是sp3杂化，形成2个σ键，2个π键的碳为sp杂化；N原子价电子构型是半充满状态，在同一周期第一电离能会变大，该物质中除氢以外的元素的第一电离能由大到小的顺序为N>O>C。

（3）与SO42－互为等电子体的分子的化学式为CCl4 、SiCl4 、CBr4 、SiF4 等。

NH3中N原子孤电子对数=（5-3）/2=1，价层电子对数=3+1=4，NH3的 VSEPR模型为四面体形；[Cu(NH3)4]2+的结构可用示意图表示为或 ；

（4）①NH4HF2中含有的作用力：N-H共价键 ，N-H中有一个是配位键 ，铵根离子和酸根离子间是离子键，H和F之间可形成氢键，无金属键，故选C。

②NH3和H2O的键角由大到小的顺序为NH3>H2O， NH3分子中N原子采用sp3杂化，N原子还有一对孤对电子，而H2O分子中的O原子采用sp3杂化，O原子有两对孤对电子，据电子对互斥理论，H2O中的两对孤电子对对成键电子对的斥力更大，所以H2O的键角更小。或者答：孤电子对对孤电子对的斥力大于孤电子对对成键电子对的斥力。

（5）由Cu3N的晶胞结构如图，大球个数=12×1/4=3，小球个数=1/8=1，所以大球表示Cu原子、小球表示N原子，由晶胞结构可知，N位于晶胞的顶点，每个顶点周围最近且距离相等的Cu有6个，则N3－的配位数为6；

晶胞的体积=[（2a+2b）×10-10cm]3，Cu3N的密度=m/V=g·cm－3= g·cm－3。