Question

7．叠氮化物是一类重要化合物，在炸药、磁性化合物研究、微量元素测定方面越来越引起人们的重视，其中氢叠氮酸（HN₃）是一种弱酸（如图甲为分子结构示意图），它的酸性类似于醋酸，可微弱电离出H⁺和N₃^-．请回答：

（1）联氮（N₂H₄）被亚硝酸氧化时便可生成氢叠氮酸HN₃，该化学反应方程式可表示为N₂H₄+HNO₂═2H₂O+HN₃．
（2）叠氮化物能与Fe³⁺、Cu²⁺及CO³⁺等形成配合物，如：[Co（N₃）（NH₃）₅]SO₄，在该配合物中钴显+3价，根据价层电子互斥理论可知SO₄^2-的空间形状为正四面体，则钴原子在基态时的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁷4s²．
（3）下列说法正确的是AD（选填序号）：
A．HN₃是极性分子       B．HN₃中三个氮原子采用的都是sp³杂化
C．HN₃中有4个σ键     D．N₂H₄沸点高达113.5℃，表明该分子间形成了氢键
（4）由叠氮化钠（NaN₃）热分解可得光谱纯N₂：2NaN₃（S）═2Na（l）+3N₂（g），下列说法正确的是AC （填序号）．
A．氮的第一电离能大于氧
B．NaN₃与KN₃结构类似，前者晶格能较小
C．钠晶胞结构如图乙，晶胞中分摊2个钠原子
D．因N的电负性小，故N₂常温下很稳定
（5）与N₃^-互为等电子体的分子有N₂O、CO₂（写两个化学式）．
（6）人造立方氮化硼的硬度仅次于金刚石而远远高于其他材料，因此它与金刚石统称为超硬材料．立方氮化硼晶胞如图丙所示．
①该晶体的类型为原子晶体；   ②晶体中每个N同时吸引4个B原子；③设该晶体的摩尔质量为M g•mol^-1，晶体的密度为d g/cm³，阿伏加德罗常数的值为N_A，则晶体中两个距离最近的N原子之间的距离为$\root{3}{\frac{M}{2×1{0}^{-30}d{N}_{A}}}$ pm．

Answer 1

分析 （1）联氮（N₂H₄）被亚硝酸氧化生成氢叠氮酸HN₃，发生归中反应，另一个产物为水，结合原子守恒即可配平得反应方程式；
（2）该配合物中叠氮酸根离子为-1价、硫酸根离子为-2价，据此判断钴离子化合价；硫酸根离子价层电子对个数是4且不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断硫酸根离子空间构型；Co是27号元素，其原子核外有27个电子，根据构造原理书写其基态原子核外电子排布式；
（3）A．分子正负电荷重心不重合的为极性分子；
B．HN₃中三个N原子价层电子对个数不相同；
C．共价单键为σ键，共价双键中1个是σ键、1个是π键；
D．形成氢键的氢化物熔沸点较高；
（4）B．NaN₃与KN₃结构类似，且二者都是离子晶体，晶格能与离子半径成反比；
C．晶胞中Na原子个数=8×$\frac{1}{8}$+1；
A．同一周期元素，元素第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族第一电离能大于其相邻元素；
D．氮气分子中含有氮氮三键，键能较大；
（5）原子个数相等价电子数相等的微粒互为等电子体；
（6）①原子晶体硬度大；
②每个N原子同时吸引4个B原子；
③晶体中两个距离最近的B之间的距离为晶胞棱长的$\frac{1}{2}$倍，晶胞棱长=$\root{3}{\frac{m}{d}}$．

解答 解：（1）联氨被亚硝酸氧化时便可生成氢叠氮酸（HN₃），发生反应的化学方程式为N₂H₄+HNO₂═2H₂O+HN₃，故答案为：N₂H₄+HNO₂═2H₂O+HN₃；
（2）该配合物中叠氮酸根离子为-1价、硫酸根离子为-2价，根据化合物中各元素化合价的代数和为0知，Co元素化合价为+3价；硫酸根离子价层电子对个数是4且不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断硫酸根离子空间构型为正四面体形；Co是27号元素，其原子核外有27个电子，根据构造原理书写其基态原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁷4s²或[Ar]3d⁷4s²，
故答案为：+3；正四面体；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁷4s²或[Ar]3d⁷4s²；
（3）A．分子正负电荷重心不重合的为极性分子，HN₃分子正负电荷重心都不重合，为极性分子，故A正确；
B．HN₃中三个N原子价层电子对个数不相同，所以其杂化方式不同，故B错误；
C．共价单键为σ键，共价双键中1个是σ键、1个是π键，所以该分子中含有3个σ键，故C错误；
D．形成氢键的氢化物熔沸点较高，该氢化物熔沸点大于水，含有氢键，故D正确；
故选AD；
（4）A．同一周期元素，元素第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族第一电离能大于其相邻元素，所以第一电离能N＞O，故A正确；
B．NaN₃与KN₃结构类似，且二者都是离子晶体，晶格能与离子半径成反比，钾离子半径大于钠离子，所以前者晶格能大于后者，故B错误；
C．晶胞中Na原子个数=8×$\frac{1}{8}$+1=2，故C正确；
D．氮气分子中含有氮氮三键，键能较大，性质较稳定，故D错误；
故选AC；
（5）原子个数相等价电子数相等的微粒互为等电子体，与N₃^-互为等电子体的分子有N₂O、CO₂、CS₂、BeF₂等，故答案为：N₂O、CO₂、CS₂、BeF₂等；
（6）①原子晶体硬度大，该晶体硬度大，所以为原子晶体，故答案为：原子；
②每个N原子同时吸引4个B原子，所以其配位数是4，故答案为：4；
③晶体中两个距离最近的B之间的距离为晶胞棱长的$\frac{1}{2}$倍，晶胞棱长=$\root{3}{\frac{m}{d}}$，则晶体中两个距离最近的B之间的距离=$\frac{1}{2}$×$\root{3}{\frac{m}{d}}$cm=$\frac{1}{2}$×$\root{3}{\frac{4M}{d{N}_{A}}}$cm=$\root{3}{\frac{M}{2d{N}_{A}}}$cm=$\root{3}{\frac{M}{2×1{0}^{-30}d{N}_{A}}}$pm，
故答案为：$\root{3}{\frac{M}{2×1{0}^{-30}d{N}_{A}}}$．

点评 本题考查物质结构和性质，为高频考点，侧重考查学生知识运用、计算及空间想象能力，涉及晶胞计算、元素周期律、基本概念等知识点，难点是晶胞计算，题目难度中等．