Question

2013年诺贝尔化学奖授予三位美国科学家，以表彰他们在开发多尺度复杂化学系统模型方面所做的贡献．可以用量子化学计算小区间内（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）固氮酶有由铁蛋白和钼铁蛋白两种，它们不仅能够催化N₂还原成NH₃以外，还能将环境底物乙炔催化还原成乙烯，下列说法正确的有

 

a．C₂H₄是非极性分子
b．碳负离子CH₃^-呈三角锥形
c．NO⁺电子式为
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的二价钒（V）固氮酶
①V²⁺基态时核外电子排布式为

 

．
②熔融空气电池钒硼晶体晶胞结构如图1所示，该晶胞中含有钒原子数目为

 

．
（3）烟酰胺结构式如图2所示，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

 

，1mol该分子中含σ键数目为

 

．
（4）配离子[Cu（NH₃）₄]²⁺中N原子是配位原子．已知NF₃与NH₃的空间构型相同，但NF₃中N不易与Cu²⁺形成配离子，其原因是

 

．

Answer 1

考点：晶胞的计算,判断简单分子或离子的构型,配合物的成键情况,原子轨道杂化方式及杂化类型判断

专题：化学键与晶体结构

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）①V²⁺基态时核外电子数是21，V是23号元素，V原子失去最外层电子生成V²⁺，根据构造原理书写V²⁺核外电子排布式；
②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；
（4）根据配合物结构判断，Cu²⁺提供空轨道，NH₃和NF₃中中心原子N原子提供孤电子对，根据NH₃和NF₃中共用电子对的偏转判断．

解答： 解：（1）a．正负电荷重心重合的分子为非极性分子，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+

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）①V²⁺基态时核外电子数是21，V是23号元素，V原子失去最外层电子生成V²⁺，根据构造原理知V²⁺核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³；
②根据图片知，该晶胞中含有钒原子数目=2×

1

2

+8×

1

4

+8×

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；
（4）根据配合物结构判断，Cu²⁺提供空轨道，NH₃和NF₃中中心原子N原子提供孤电子对，由于N、F、H三种元素的电负性为F＞N＞H，在NF₃中，共用电子对偏向F，偏离N原子，使得氮原子上的孤电子对难于与Cu²⁺形成配位键，
故答案为：N、F、H三种元素的电负性为F＞N＞H，在NF₃中，共用电子对偏向F，偏离N原子，使得氮原子上的孤电子对难于与Cu²⁺形成配位键．

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．