Question

2．2013年诺贝尔化学奖授予三位美国科学家，以表彰他们如光合作用叶绿体光反应时酶中、生物固氮时固氮酶中）的化学反应．
（1）固氮酶有铁蛋白和钒铁蛋白两种，它们不仅能够催化N₂还原成NH₃，还能将环境底物乙炔催化还原成乙烯，下列说法正确的有abc（不定项选择）．
a．每个C₂H₂和C₂H₄分子中的π键数目相同
b．碳负离子CH₃^-呈三角锥形
c．NO⁺电子式为[：N??O：]⁺
d．NH₃沸点比N₂高，主要是因为前者是极性分子
（2）钒可合成电池电极，也可人工合成二价钒（V）固氮酶（结构如图1）

①V元素位于周期表的d区，该原子基态时的价层电子排布式为3d³4s²．
②钒固氮酶中钒的配位原子有N、S（写元素符号）．
③熔融空气电池钒硼晶体晶胞结构如图2所示，该晶胞中含有钒原子数目为4．
（3）烟酰胺（结构简式如图3）可用于合成光合辅酶NADPH，烟酰胺分子中氮原子的杂化轨道类型有sp²、sp³，1mol该分子中含σ键的数目为15mol或15×6.02×10²³．

Answer 1

分析 （1）a．正负电荷重心重合的分子为非极性分子；
b．根据价层电子对互斥理论确定其空间构型；
c．NO⁺和氮气分子属于等电子体，等电子体结构相似；
d．NH₃中氢键导致氨气熔沸点较高；
（2）①V是23号元素，V原子电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s²，所以是第四周期ⅤB族，该原子基态时的价层电子排布式为3d³4s²；
②V含有空轨道、N原子和S原子含有孤电子对，V和N原子、S原子之间存在配位键；
③利用均摊法计算该晶胞中含有钒原子数目；
（3）环上N原子含有2个σ键和一个孤电子对，氨基上N原子含有3个σ键和1个孤电子对，据此判断N原子杂化方式，l个该分子中含σ键数目为15，据此计算lmol该分子中含σ键数目．

解答 解：（1）a．正负电荷重心重合的分子为非极性分子，C₂H₂、C₂H₄结构对称且正负电荷重心重合，所以是非极性分子，故正确；
b．碳负离子CH₃^-价层电子对个数=3+$\frac{1}{2}$（4+1-3×1）=4且含有一个孤电子对，所以为三角锥形，故正确；
c．NO⁺和氮气分子属于等电子体，等电子体结构相似，所以NO⁺电子式为，故正确；
d．NH₃中含有氢键、N₂中不含氢键，NH₃中氢键导致氨气熔沸点较高，故错误；
故选abc；
（2）①V是23号元素，V原子电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s²，所以是第四周期ⅤB族，最后一个电子排在3d上，所以在d区，该原子基态时的价层电子排布式为3d³4s²，故答案为：d；3d³4s²；
②根据图知，V含有空轨道、N原子和S原子含有孤电子对，V和N原子、S原子之间存在配位键，故答案为：N、S；
③根据图片知，该晶胞中含有钒原子数目=2×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{4}$+8×$\frac{1}{8}$=4，故答案为：4；
（3）环上N原子含有2个σ键和一个孤电子对，氨基上N原子含有3个σ键和1个孤电子对，所以环上N原子采用sp²杂化，氨基上N原子采用杂化sp³，l个该分子中含σ键数目为15，所以lmol该分子中含σ键数目为15mol或15×6.02×10²³，故答案为：sp²、sp³；15mol或15×6.02×10²³．

点评 本题考查了物质结构和性质，涉及原子杂化方式的判断、核外电子排布式的书写、配位键、晶胞的计算等知识点，利用价层电子对互斥理论、构造原理、配位键概念、均摊法等知识点来分析解答，这些知识点都是考试高频点，熟练掌握这些知识解答问题．