题目内容

【题目】O2、O3、N2、N4是氧和氮元素的几种单质。回答下列问题:

(1)O原子中价电子占据的轨道数目为______________。

(2)第一电离能I1:N__________O(填“>”或“<”),第二电离能I2:O大于N的原因是_________________。

(3)O3的空间构型为__________________;分子中存在大π键,可用符号Π表示,其中m表示形成的大π键的原子数,n表示形成的大π键的电子数,则O3中大π键应表示为___________________________________。

(4)N元素的简单气态氢化物NH3在H2O中溶解度很大,其原因之一是NH3和H2O可以形成分子间氢键,则在氨水中氢键可以表示为H3N…H—N、____________________、__________________________(任写两种即可)。

(5)已知:表格中键能和键长数目。

化学键

键长/pm

键能/(kJ·mol-1)

N-N

145

193

N=N

125

418

N≡N

110

946

N2和N4都是N元素的单质,其中N4是正四面体构型,N原子占据四面体的四个顶点,从键参数角度分析N4分子稳定性远小于N2原因是________________________。

(6)Na2O的晶胞结构如图所示,X表示O2-,Y表示Na+,则O2-的配位数为____________,该晶胞的原子空间利用率为_____________。[已知该晶胞的棱长为a pm,r(Na+)=x pm,r(O2-)=y pm]

【答案】4 > 失去一个电子后O+的2p处于半充满状态,更加稳定,再失去一个电子消耗能量更高 V形 极性 H3N…H-O、H2O…H-N、H2O…H-O(任写两种) N4中N-N键键能小于N2中的N≡N键键能,键长大于N≡N键键长 8 ×100%

【解析】

(1)O位于周期表中第2周期第ⅥA族;

(2)根据轨道中电子处于全满、全空、半满时较稳定,再失去电子需要的能量较大来分析;

(3)中心为O,根据VSEPR理论判断空间构型,分子中正负电荷中心重合为非极性分子,不重合为极性分子,根据O的分子结构分子其离域大π键构型;

(4)NH3和H2O可以形成分子间氢键,N和O的电负性较大,可以形成分子间氢键,增大溶解度;

(5)根据键能大小分析分子的稳定性;

(6)根据晶胞结构图分析,O2-做面心立方最密堆积,Na+做四面体填隙,从上底面面心的O2-分析其配位数,晶胞的空间利用率为V球/V晶胞×100%。

(1)O位于周期表中第2周期第ⅥA族,则O原子中价电子排布式为2s22p4,占据4个轨道;

(2)N价层为2s22p3,O价层为2s22p4,N的2p能级为半满结构,比较稳定,则第一电离能I1:N>O;N和O均失去一个电子后,N价层为2s22p2,O价层为2s22p3,O+的2p能级半满,比较稳定,所以第二电离能I2:N<O;原因是:失去一个电子后O+的2p处于半充满状态,更加稳定,再失去一个电子消耗能量更高;

(3)中心为O,根据VSEPR理论,价电子对数为VP=BP+LP=2+(6-2×2)/2=3,VSEPR模型为平面三角形,由于一对孤电子对占据平面三角形的一端,所以其空间构型为V形;分子中正负电荷中心不重合,为极性分子;分子中存在的大π键,中心O为sp2杂化,2s、两个2p发生杂化,剩余一个p轨道留有一对电子,端位O原子的各取一个带有单电子的p轨道形成3中心4电子的离域大π键,记为;

(4)NH3和H2O可以形成分子间氢键,N和O的电负性较大,可以形成分子间氢键,增大溶解度,形成的氢键可以为:H3N…H-O,H2O…H-N(或H2O…H-O),故答案为:H3N…H-O;H2O…H-N(或H2O…H-O);

(5)根据键能大小,N4中N-N键能小于N2中的N≡N,键长大于N≡N,键能越小,分子越活泼,越不稳定;

(6)根据晶胞结构图分析,O2-做面心立方最密堆积,Na+做四面体填隙,从上底面面心的O2-分析,周围等距且最近的Na+有8个,所以O2-的配位数为8,一个晶胞中含有O2-的数目为8×1/8+6×1/2=4个,含有Na+的数目为8个,所以一个晶胞中V球=4×πr3(O2-)+8×πr3(Na+)=πy3+πx3,晶胞的棱长为a,所以晶胞体积为V晶胞=a3,所以晶胞的空间利用率为×100%=×100%。

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