Question

【题目】[化学一选修3:物质结构与性质]

氮和氧是地球上极为丰富的元素。请回答下列问题:

(1)从原子轨道重叠方式考虑，氮分子中的共价键类型有____________；氮分子比较稳定的原因是_________。

(2)C、N、O的第一电离能由大到小的顺序为_____________(用元素符号表示)；NH3易溶于水而CH4难溶于水的原因是____________________________________________。

(3)X+中所有电子恰好充满K、L、M3个电子层。

①X+与N3-形成的晶体结构如图所示。X原子的核外电子运动状态有____种；基态N3-的电子排布式为______；与N3-等距离且最近的X+有______个。

②X2+和Zn2+分别可与NH3形成[X(NH3)4]2+、[Zn(NH3)4]2+，两种配离子中提供孤电子对的原子均为_______(写元素名称)。已知两种配离子都具有对称的空间构型，[Zn(NH3)4]2+中的两个NH3被两个Cl-取代只能得到一种结构的产物，而[X(NH3)4]2+中的两个NH3被两个Cl-取代能得到两种结构不同的产物，则[X(NH3)4]2+的空间构型为_______；[Zn(NH3)4]2+中Zn的杂化类型为_______________。

(4)最新研究发现，水能凝结成13种类型的结晶体。除普通冰外，还有-30℃才凝固的低温冰，180℃依然不变的热冰，比水密度大的重冰等。重冰的结构如图所示。已知晶胞参数a=333.7pm，阿伏加德罗常数的值取6.02×1023，则重冰的密度为_______g.cm-3(计算结果精确到0.01)。

Answer 1

【答案】 σ键和π键 氮氮叁键的键能大 N>O>C NH3和H2O分子间形成氢键，CH4为非极性分子，不易溶于水 29 1s22s22p6 6 氮 平面正方形 sp3 1.61

【解析】(1)氮气分子的结构式为NN，其中的共价键类型为一个σ键和两个π键，氮气分子比较稳定的原因就是氮氮叁键的键能大，不易被破坏；

(2)由于同周期元素的第一电离能从左到右一般是逐渐增大的，但N元素最外层的2p上只有3个电子，属于半满状态，比较稳定，所以N元素的第一电离能大于O元素的，因此C、N、O的第一电离能由大到小的顺序为N>O>C；NH3分子中的N元素和水分子中的O元素都具有强的吸引电子能力，它们通过H原子在NH3分子和水分子间形成氢键，因此NH3易溶于水，但CH4中的C元素没有强的吸引电子能力，且CH4为非极性分子，所以不能溶于极性的水中；

(3) ①X+中所有电子恰好充满K、L、M3个电子层，则X原子核外电子数为2+8+18+1 =29，即X是29号元素Cu，因为原子核外没有运动状态完全相同的两个电子存在，所以Cu原子核外电子的运动状态共有29种；基态N3-的电子排布式为1s22s22p6；由晶体结构图可知与N3-等距离且最近的X+有6个，分别在棱的中点，位于N3-的上下、左右、前后六个位置；②NH3分子中的N原子上有孤电子对，所以两种配离子中提供孤电子对的原子为氮元素；已知两种配离子都具有对称的空间构型，[Zn(NH3)4]2+中的两个NH3被两个Cl-取代只能得到一种结构的产物，说明该离子为正四面体结构，其中Zn以sp3杂化提供四个完全等效的共价键，而[Cu(NH3)4]2+中的两个NH3被两个Cl-取代能得到两种结构不同的产物，说明该离子为平面正方形结构，两个氯原子在同一边上或在对角线上，是两种不同的结构；

(4)根据重冰的结构可知，其中含有2个水分子，所以该晶胞的质量为= g，其体积为a3=(3.337×10-8cm)3=3.72×10-23cm3，所以其密度为/3.72×10-23cm3 = 1.61 g/cm3。