Question

【题目】碳、氮元素是构成生物体的主要元素，在动植物生命活动中起着重要作用。根据要求回答下列问题：

（1）氮原子核外有___________种不同运动状态的电子，基态氮原子核外电子排布图为___________。

（2）已知：(NH4)2CO32NH3↑+H2O↑+CO2↑

①与氧同周期，且第一电离能比氧大的元素有___________种。

②分解所得的气态化合物分子的键角由小到大的顺序为___________(填化学式)。

（3）物质中与CO32－中的碳原子杂化类型相同和不同的碳原子的个数比为___________。

（4）配合物[Cu(CH3C≡N)4]BF4中铜原子的价电子排布式：___________，BF4－的空间构型为___________。写出与BF4－互为等电子体的一种分子和一种离子的化学式：___________、___________。

（5）碳元素与氮元素形成的某种晶体的晶胞如图所示(8个碳原子位于立方体的顶点，4个碳原子位于立方体的面心，4个氮原子在立方体内)，该晶体硬度超过金刚石，成为首屈一指的超硬新材料。

①晶胞中C原子的配位数为___________。该晶体硬度超过金刚石的原因是___________。

②已知该晶胞的边长apm，阿伏加德罗常数用NA表示，则该晶体的密度为___________。

Answer 1

【答案】7 3 H2O<NH3<CO2 3:2 3d104s1 正四面体 CCl4 SO42- 4 该晶体和金刚石均为原子晶体，该晶体中的C-N键的键长比金刚石中的C-C键的键长短，键能大，故硬度大

【解析】

(1)原子核外没有运动状态相同的电子；N原子价电子排布式是为2s22p3，结合泡利原理、洪特规则画出价电子排布图；(2)①与氧同周期，且第一电离能比氧大的元素有N、F、Ne；②分解所得的气态化合物有H2O、NH3、CO2，H2O为V形，NH3为三角锥形，CO2为直线形，H2O中有两对孤电子对，NH3中1对孤电子对，孤电子对与键合电子对斥力大于键合电子对与键合电子对间斥力；(3)CO32-中C的杂化方式为sp2，分子中苯环C为sp2杂化，-CN中C为sp杂化，-CH3与-CH2-中与-CH中C为sp3杂化，据此计算；

(4)判断空间构型时可利用价层电子对互斥理论。BF4-中无孤电子对，有4个σ键电子对，故呈四面体形；寻找等电子体时可利用价电子迁移法找到；(5)①根据晶胞结构分析，1个C周围等距且最近的N有4个，晶体硬度超过金刚石，从C-N的键能和C-C键能角度分析；②先计算晶胞的质量和体积，再计算晶体的密度。

(1)原子核外没有运动状态相同的电子，基态氮原子核外有7个电子，有7种不同的运动状态；N原子核外电子排布式是1s22s22p3，结合泡利原理、洪特规则，其核外电子排布图为；

(2)①与氧同周期，且第一电离能比氧大的元素有N、F、Ne，共有3种；②解所得的气态化合物有H2O、NH3、CO2，H2O为V形，NH3为三角锥形，CO2为直线形，H2O中有两对孤电子对，NH3中1对孤电子对，孤电子对与键合电子对斥力大于键合电子对与键合电子对间斥力，所以键角大小为：H2O＜NH3＜CO2；(3)CO32-中C的杂化方式为sp2，分子中苯环C为sp2杂化，-CN中C为sp杂化，-CH3与-CH2-与-CH中C为sp3杂化，所以分子中sp2杂化C有6个，sp杂化C有1个，sp3杂化C有3个，所以与CO32- 的碳原子杂化类型相同和不同的碳原子的个数比为6:4=3:2；(4)Cu为29号元素，基态原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s1，故基态原子的价层电子排布式为3d104s1；BF4-中心原子B的价层电子对数为4+=4，杂化方式为sp3，则空间构型为正四面体形；BF4-共有5个原子，价电子总数为32，结合等电子体理论可知CCl4、PO43-、SO42-和ClO4-均与之为等电子体；(5)①根据晶胞结构分析，1个C周围等距且最近的N有4个，晶体硬度超过金刚石，从C-N的键能和C-C键能角度分析，该晶体和金刚石二者均为原子晶体，该晶体中的C-N键的键长比金刚石中的C-C键的键长短，键能大，故硬度较金刚石大；②该晶胞中含有碳原子数为8×+6×=3，含有N原子数目为4，则晶胞的化学式为C3N4，一个晶胞的质量为g，晶体的体积为(a×10-10)3cm3，故晶胞的密度为==g/cm3.