Question

12．氮元素是一种常见元素，能形成多种化合物．
（1）基态氮原子最外层的电子排布图 ，等物质的量的NH₃和N₂组成的混合气体中σ键和π键的物质之比为2：1．
（2）CN^-与N₂互为等电子体，写出CN^-的电子式：．
（3）HNO₃比HNO₂的酸性强的原因是HNO₂中N元素为+3价，HNO₃中N原子为+5价，HNO₃中N元素正电荷更高，导致N-O-H中O原子的单子偏向N原子，更易电离出H⁺．
（4）环硼氮六烷的结构和物理性质与苯相似，其结构式如图所示：
①第一电离能介于B、N之间的第二周期的元素由大到小的顺序是O＞C＞Be；
②环硼氮六烷B和N原子的杂化方式分别是sp²、sp²．
（5）六方氮化硼在高温高压下，可以转化为立方氮化硼，其结构与金刚石相似，硬度与金刚石相当，晶胞边长为3.615×10^-10 cm，立方氮化硼晶胞中含有4个氮原子、4个硼原子，B原子与N原子之间共价键与配位键的数目比为3：1，立方氮化硼的密度是$\frac{25×4}{（3.615×1{0}^{-10}）^{3}×{N}_{A}}$g•cm^-3（只要求列算式，不必计算出数值，阿伏伽德罗常数为N_A）．

Answer 1

分析 （1）基态氮原子最外层电子排布式为2s²2p³，根据泡利原理与洪特规则画出最外层电子排布图；
NH₃分子含有含有3个σ键，N₂分子中含有1个σ键、2个π键；
（2）CN^-与N₂互为等电子体，CN^-中原子与N原子之间形成3对共用电子对；
（3）同种元素含氧酸，中心元素化合价越高，对N-O-H中O原子的单子吸引更强；
（4）①同周期随原子序数增大，元素第一电离能呈增大趋势，当ⅡA族的s能级为全满稳定状态，ⅤA族的p能级为半满稳定状态，第一电离能高于同周期相邻元素的；
②环硼氮六烷中BN原子形成3个σ键、N原子形成3个σ键，均没有孤对电子；
（5）立方氮化硼晶体结构与金刚石相似，硬度与金刚石相当，立方氮化硼属于原子晶体；金刚石晶胞是立方体，其中8个顶点有8个碳原子，6个面各有6个碳原子，立方体内部还有4个碳原子，如图所示：，所以金刚石的一个晶胞中含有的碳原子数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$+4=8，立方氮化硼中氮原子与周围的4个硼原子形成四面体结构、硼原子与周围的4个氮原子形成四面体结构，因此立方氮化硼晶胞中应该含有4个N和4个B原子，计算BN晶胞的质量、晶胞的体积，根据ρ=$\frac{m}{ρ}$计算密度．

解答 解：（1）基态氮原子最外层电子排布式为2s²2p³，根据泡利原理与洪特规则，最外层电子排布图我；NH₃分子含有含有3个σ键，N₂分子中含有1个σ键、2个π键，则等物质的量的NH₃和N₂组成的混合气体中σ键和π键的物质之比为（3+1）mol：2mol=2：1，
故答案为：；2：1；
（2）CN^-与N₂互为等电子体，CN^-中原子与N原子之间形成3对共用电子对，CN^-的电子式：，
故答案为：；
（3）HNO₃比HNO₂中N元素为+3价，HNO₃中N原子为+5价，HNO₃中N元素正电荷更高，导致N-O-H中O原子的单子偏向N原子，更易电离出H⁺，HNO₃比HNO₂的酸性强，
故答案为：HNO₂中N元素为+3价，HNO₃中N原子为+5价，HNO₃中N元素正电荷更高，导致N-O-H中O原子的单子偏向N原子，更易电离出H⁺；
（4）①同周期随原子序数增大，元素第一电离能呈增大趋势，当ⅡA族的s能级为全满稳定状态，ⅤA族的p能级为半满稳定状态，第一电离能高于同周期相邻元素的，故第一电离能介于B、N之间的第二周期元素有Be、C、O三种元素，第一电离能为O＞C＞Be，
故答案为：O＞C＞Be；
②无机苯分子中B原子的价层电子对数是3且不含孤电子对，所以B原子属于sp²杂化，N原子的价层电子对数也是3且不含孤电子对，所以N原子属于sp²杂化，
故答案为：sp²；sp²；
（5）立方氮化硼晶体结构与金刚石相似，硬度与金刚石相当，立方氮化硼属于原子晶体；金刚石晶胞是立方体，其中8个顶点有8个碳原子，6个面各有6个碳原子，立方体内部还有4个碳原子，如图所示：，所以金刚石的一个晶胞中含有的碳原子数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$+4=8，立方氮化硼中氮原子与周围的4个硼原子形成四面体结构、硼原子与周围的4个氮原子形成四面体结构，因此立方氮化硼晶胞中应该含有4个N和4个B原子，B原子最外层有3个电子，形成4个共价键，含有1个配位键，则B原子与N原子之间共价键与配位键的数目比为3：1，BN晶胞中的质量为4×$\frac{25}{{N}_{A}}$，一个立方氮化硼晶胞的体积是（3.615×10^-10cm）³，因此立方氮化硼的密度=4×$\frac{25}{{N}_{A}}$÷（3.615×10^-10cm）³=$\frac{25×4}{（3.615×1{0}^{-10}）^{3}×{N}_{A}}$g•cm^-3，
故答案为：4；4；3；3：1；$\frac{25×4}{（3.615×1{0}^{-10}）^{3}×{N}_{A}}$．

点评 本题是对物质结构的考查，涉及核外电子排布、电离能、分子空间构型、杂化类型的判断、晶胞结构以及晶胞的有关计算，（4）为易错点，注意熟记中学常见晶胞结构，注意同周期第一电离能异常情况，难度中等．