Question

14．氮、磷及其化合物广泛存在于自然界中，回答下列问题：
（1）在基态¹⁶N中，其P能级的电子云轮廓是哑铃形，原子核外电子排布为1s²2s²2p³；
（2）碱性肥料氰氮化钙（CaCN₂）的组成元素第一电离能最小的是Ca，CaCN₂和H₂O可发生如下反应：CaCN₂+2H₂O=NH₄CN+Ca（OH）₂，则NH₄CN中含有5个δ键和2个π键．
（3）化合物（CH₃）₃N能溶于水，试解释其原因（CH₃）₃N与水分子间形成氢键，（CH₃）₃N与水均为极性分子，相似相溶，化合物（CH₃）₃N与盐酸反应生成[（CH₃）₃NH]⁺，该过程新生成的化学键为配位键．
（4）阳离子[（CH₃）₃NH]⁺和阴离子A可按个数比4：1组成化合物，阴离子A的结构如图1所示：

则S原子以sp³杂化方式与Ge结合，阴离子A的化学式为[Ge₄S₁₀]^4-．
（5）BP是一种耐磨材料，其结构与金刚石相似（如图2），已知晶体中B与P原子的最近距离为apm，则该晶体密度的表达式为$\frac{4×42}{{N}_{A}×（\frac{4a}{\sqrt{3}}×1{0}^{-10}）^{3}}$g•cm^-3（不需化简）．

Answer 1

分析 （1）P能级的电子云轮廓是哑铃形，N原子核外电子数为7，根据能量最低原理书写核外电子排布；
（2）金属性越强第一电离能越小；NH₄⁺含有4个δ键，CN^-中含有碳氮三键，含有1个δ键和2个π键；
（3）N元素电负性很大，能与水分子之间形成氢键，结合相似相溶原理分析；氢离子含有空轨道，N原子含有孤对电子，通过配位键生成[（CH₃）₃NH]⁺；
（4）阳离子[（CH₃）₃NH]⁺和阴离子A可按个数比4：1组成化合物，阴离子A中含有4个Ge和10个S，结合电中性可知阴离子为[Ge₄S₁₀]^4-，结构中6个S原子形成2个共价键，还含有2个孤对电子，其中4个S只形成一个共价键，则还要得到一个电子才能形成8电子稳定结构，含有3对孤电子对，杂化轨道数目均为4；
（5）B原子与周围的4个P原子形成正四面体结构，B原子与晶胞顶点P原子连线处于晶胞体对角线上，且距离为体对角线长度的$\frac{1}{4}$，体对角线长度为晶胞棱长的$\sqrt{3}$倍，可以计算晶胞棱长，根据均摊法计算晶胞中原子数目，表示出晶胞质量，再根据ρ=$\frac{m}{V}$计算晶体密度．

解答 解：（1）P能级的电子云轮廓是哑铃形，N原子核外电子数为7，核外电子排布式为1s²2s²2p³，
故答案为：哑铃；1s²2s²2p³；
（2）Ca为金属，C、N为非金属性，故Ca的第一电离能最小；NH₄⁺含有4个δ键，CN^-中含有碳氮三键，含有含有1个δ键和2个π键，故NH₄CN中含有5个δ键和2个π键，
故答案为：Ca；5；2；
（3）极性分子（CH₃）₃N和水之间形成氢键，所以溶解性增强，且二者均为极性分子，相似相溶，
化合物（CH₃）₃N与盐酸反应生成[（CH₃）₃ NH]⁺，氢离子含有空轨道，N原子含有孤对电子，该过程新生成的化学键为氮与质子氢离子形成配位键，
故答案为：（CH₃）₃N与水分子间形成氢键，（CH₃）₃N与水均为极性分子，相似相溶；配位键；
（4）阳离子[（CH₃）₃NH]⁺和阴离子A可按个数比4：1组成化合物，阴离子A中含有4个Ge和10个S，结合电中性可知阴离子为[Ge₄S₁₀]^4-，结构中6个S原子形成2个共价键，还含有2个孤对电子，其中4个S只形成一个共价键，则还要得到一个电子才能形成8电子稳定结构，含有3对孤电子对，杂化轨道数目均为4，属于sp³杂化；
故答案为：sp³；[Ge₄S₁₀]^4-；
（5）B原子与周围的4个P原子形成正四面体结构，B原子与晶胞顶点P原子连线处于晶胞体对角线上，且距离为体对角线长度的$\frac{1}{4}$，体对角线长度为晶胞棱长的$\sqrt{3}$倍，晶体中B与P原子的最近距离为a pm，则晶胞棱长为$\frac{4a}{\sqrt{3}}$ pm，晶胞中B原子数目为4，P原子数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，故晶胞质量为4×$\frac{11+31}{{N}_{A}}$g，则晶体密度为4×$\frac{11+31}{{N}_{A}}$g÷（$\frac{4a}{\sqrt{3}}$×10^-10 cm）³=$\frac{4×42}{{N}_{A}×（\frac{4a}{\sqrt{3}}×1{0}^{-10}）^{3}}$g•cm^-3，
故答案为：$\frac{4×42}{{N}_{A}×（\frac{4a}{\sqrt{3}}×1{0}^{-10}）^{3}}$．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、电离能、化学键、杂化方式、分子结构与性质、晶胞计算等，注意晶胞密度的计算利用均摊法、注意理解同周期主族元素中第一电离能异常原因，理解价层电子对理论与杂化轨道理论．