Question

7．氮及其化合物与生产、生活联系密切．回答下列问题：

（1）基态¹⁵N中有7个运动状态不相同的电子，砷元素位于第四周期且和氮元素同主族，基态砷原子的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³．
（2）元素C、NO、的第一电离能由大到小排列的顺序为N＞O＞C（用元素符号表示），NF₃分子的空间构型为三角锥形．
（3）氨基乙酸（H₂N-CH₂-COOH）中，碳原子的杂化轨道类型有sp³、sp²；1molH₂N-CH₂-COOH中含有σ键的数目为9N_A，二氧化碳为氨基二酸分解的产物之一，写出二氧化碳的一种等电子体，N₂0、N^3-等（填化学式）
（4）三氟化硼与氨气相遇，立即生成白色固体，写出该白色固体的结构式；（标注出其中的配位键）；利用“卤化硼法”可合成含B和N两种元素的功能陶瓷，图1为该晶体的晶胞结构，该功能陶瓷晶体的化学式为BN．
（5）铁和氨气在640℃时可发生置换反应，其中一种产物的晶胞结构如图2所示，该反应的化学方程式为8Fe+2NH₃$\frac{\underline{\;640℃\;}}{\;}$2Fe₄N+3H₂．已知该晶胞的边长为anm，则该晶体的密度为$\frac{2.38×1{0}^{23}}{{a}^{3}{N}_{A}}$g?cm^-2（设N_A为阿伏加德罗常数的数值）．

Answer 1

分析 （1）基态¹⁵N中核外有7个电子，砷元素位于第四周期且和氮元素同主族，为33号元素，根据核外电子排布规律书写电子排布式；
（2）同周期元素从左向右，第一电离能逐渐增大，但第ⅡA和ⅤA元素由于最外层是充满或半满状态，是一种稳定结构，第一电离能高于同周期相邻元素，根据NF₃分子中氮原子的价层电子对数及孤电子对数判断分子的空间构型；
（3）氨基乙酸（H₂N-CH₂-COOH）中，中的碳原子周围有四个σ键，羧基中的碳原子周围有三个σ键，没有孤电子对，据此判断；1molH₂N-CH₂-COOH中含有9个共价键，据此判断σ键的数目，二氧化碳中有三个碳原子，价电子数为16，据此书写等电子体；
（4）根据晶体的熔沸点可判断晶体类型，硼元素具有缺电子性，其化合物可与具有孤电子对的分子或离子形成配合物，BF₃能与NH₃反应生成BF₃•NH₃，N原子含有孤电子对；根据图1，利用均摊法可确定化学式；
（5）铁和氨气在640℃可发生置换反应生成氢气和氮化铁，利用均摊法确定氮化铁的化学式，根据温度、反应物和生成物写出反应方程式；
由$ρ=\frac{m}{V}$计算晶胞的密度．

解答 解：（1）基态¹⁵N中核外有7个电子，所以有7个运动状态不相同的电子，砷元素位于第四周期且和氮元素同主族，为33号元素，其外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³ ，
故答案为：7；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³；
（2）同周期元素从左向右，第一电离能逐渐增大，但第ⅡA和ⅤA元素由于最外层是充满或半满状态，是一种稳定结构，第一电离能高于同周期相邻元素，所以C、N、O的第一电离能由大到小排列的顺序为N＞O＞C，NF₃分子中氮原子的价层电子对数为$\frac{5+3}{2}$=4，有一对孤电子对，所以分子的空间构型为三角锥形，
故答案为：N＞O＞C；三角锥形；
（3）氨基乙酸（H₂N-CH₂-COOH）中，CH₂中的碳原子周围有四个σ键，杂化类型为sp³杂化，羧基中的碳原子周围有三个σ键，没有孤电子对，杂化类型为sp²杂化，1molH₂N-CH₂-COOH中含有9个共价键，所以σ键的数目9N_A，二氧化碳中有三个原子，价电子数为16，与之互为等电子体的为N₂0、N^3-等，
故答案为：sp³、sp²；9N_A；N₂0、N^3-等；
（4）三氯化硼和三氟化硼常温下都是气体，所以它们固态时的晶体类型为分子晶体，硼元素具有缺电子性，其化合物可与具有孤电子对的分子或离子形成配合物，BF₃能与NH₃反应生成BF₃•NH₃，B与N之间形成配位键，N原子含有孤电子对，所以氮原子提供孤电子对，BF₃•NH₃结构式为，根据图1，利用均摊法可知，晶胞中含有B原子数为4，晶胞中含有N原子数为$8×\frac{1}{8}+6×\frac{1}{2}$=4，所以化学式为BN，
故答案为：；BN；
（5）该晶胞中铁原子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，氮原子个数是1，所以氮化铁的化学式是Fe₄N，铁和氨气在640℃可发生置换反应生成氢气和氮化铁，所以该反应方程式为8Fe+2NH₃$\frac{\underline{\;640℃\;}}{\;}$2Fe₄N+3H₂，该晶胞的边长为anm，则晶胞的体积为（a×10^-7）³cm³，所以密度为$\frac{\frac{238}{{N}_{A}}}{（{a×10{\;}^{-7}）}^{3}}$g?cm^-3=$\frac{2.38×1{0}^{23}}{{a}^{3}{N}_{A}}$g?cm^-3，
故答案为：8Fe+2NH₃$\frac{\underline{\;640℃\;}}{\;}$2Fe₄N+3H₂；$\frac{2.38×1{0}^{23}}{{a}^{3}{N}_{A}}$．

点评 本题考查了有关硼的知识，侧重考查原子核外电子排布、第一电离能、杂化理论的应用、晶胞的计算等知识点，题目难度中等，注意物质结构基础知识的灵活运用．