Question

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．肼（N₂H₄）被亚硝酸氧化时便可生成氢叠氮酸（HN₃）：

N₂H₄+HNO₂=2H₂O+HN₃．它的酸性类似于醋酸，可微弱电离出H⁺和N₃^-．试回答下列问题：
（1）下列说法正确的是

 

（选填序号）．
A．酸性：HNO₂＞HNO₃
B．N₂H₄中两个氮原子采用的都是sp²杂化
C．HN₃、H₂O都是极性分子
D．N₂H₄沸点高达113.5℃，说明肼分子间可形成氢键
（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

 

价，根据价层电子对互斥理论可知SO^2-₄的立体构型为：

 

，写出钴原子在基态时的核外电子排布式：
（3）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

 

（选填序号）．
A．NaN₃与KN₃结构类似，前者晶格能较小
B．钠晶胞结构如图乙，晶胞中分摊2个钠原子
C．氮的第一电离能大于氧
D．氮气常温下很稳定，是因为氮元素的电负性小
（4）与N^-₃互为等电子体的分子有：

 

（举两例）
（5）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，试分析：
①该晶体的类型为

 

晶体．
②晶体中每个N原子同时吸引

 

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p g?cm^-3，阿伏加德罗常数的值为N_A，则晶体中两个距离最近的B原子之间的距离为

 

cm．

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,“等电子原理”的应用,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、HNO₂为弱酸，而HNO₃是强酸；
B、N₂H₄中氮原子最外层有5个电子，形成三对共用电子对，另外还有一对孤电子对，氮原子采用的都是sp³杂化；
C、HN₃、H₂O中都有孤电子对，所以都是极性分子；
D、氢键主要存在于N、F、O三种元素的氢化物分子之间，可使物质的熔沸点变大，N₂H₄沸点高达113.5℃，可以说明肼分子间可形成氢键．
（2）在[Co（N₃）（NH₃）₅]SO₄中，根据化合价代数和为零，可以算得钴的化合价，SO^2-₄中S原子采用sp³杂化方式，可知SO^2-₄的立体构型为正四面体，钴是27号元素，根据核外电子排布规律可以写出基态时的核外电子排布式；
（3）A、NaN₃与KN₃结构类似，Na⁺半径小于K⁺，所以NaN₃的晶格能比BKN₃大；
B、钠晶胞中，在8个顶点上各有一个原子，体心上还有一个，所以晶胞中钠原子的个数为：8×

1

8

+1=2；
C、氮原子的最外层P轨道有3个电子，处于半充满状态，是一种较稳定结构，所以它的第一电离能大于氧；
D、氮气常温下很稳定，是因为氮气是双原子分子，两个氮原子之间存在N≡N键，不易断裂，与元素的电负性无关．
（4）在N^-₃中，价电子数为16，根据等电子体原理，可以写出等电子体的分子；
（5）①、由于立方氮化硼的硬度大，且是立方体网状结构，所以它是原子晶体；
②、根据题目中的图，可以看出每个N原子同时吸引B原子的个数；
③、根据晶体的摩尔质量，晶体的密度可以求得晶胞的体积，再根据晶胞中B原子的分布情况，可以求得两个距离最近的B原子之间的距离．

解答： 解：（1）A、HNO₂为弱酸，而HNO₃是强酸，故A错误；
B、N₂H₄中氮原子最外层有5个电子，形成三对共用电子对，另外还有一对孤电子对，氮原子采用的都是sp³杂化，故B错误；
C、HN₃、H₂O中都有孤电子对，所以都是极性分子，故C正确；
D、氢键主要存在于N、F、O三种元素的氢化物分子之间，可使物质的熔沸点变大，N₂H₄沸点高达113.5℃，可以说明肼分子间可形成氢键，故D正确．
故答案为CD；
（2）在[Co（N₃）（NH₃）₅]SO₄中，根据化合价代数和为零，可以算得钴的化合价为：+3价，SO^2-₄中S原子采用sp³杂化方式，可知SO^2-₄的立体构型为正四面体，钴是27号元素，根据核外电子排布规律可以写出基态时的核外电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁷4s²．
故答案为：+3；正四面体；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁷4s²；
（3）A、NaN₃与KN₃结构类似，Na⁺半径小于K⁺，所以NaN₃的晶格能比BKN₃大，故A错误；
B、钠晶胞中，在8个顶点上各有一个原子，体心上还有一个，所以晶胞中钠原子的个数为：8×

1

8

+1=2，故B正确；
C、子的最外层P轨道有3个电子，处于半充满状态，是一种较稳定结构，所以它的第一电离能大于氧，故C正确；
D、常温下很稳定，是因为氮气是双原子分子，两个氮原子之间存在N≡N键，不易断裂，与元素的电负性无关，故D错误．
故答案为BC；
（4）在N^-₃中，价电子数为16，根据等电子体原理，可以写出与N^-₃互为电子体的分子为N₂O、CO₂、CS₂、BeF₂、BeCl₂等．
 故答案为：N₂O、CO₂、CS₂、BeF₂、BeCl₂等；            
（5）①、由于立方氮化硼的硬度大，且是立方体网状结构，所以它是原子晶体，故答案为：原子；
 ②、根据题目中的图，可以看出每个N原子同时吸引4个B原子，故答案为：4；
③、根据晶体的摩尔质量，晶体的密度可以求得晶胞的体积，再根据晶胞中B原子的分布情况，可以求得两个距离最近的B原子之间的距离
∵由图可知每个晶胞中含4个B原子和4个N原子
∴每个晶胞的质量=4M/N_A
∴晶胞的体积V=

4M/NA

ρ

∴晶胞的边长=

3	V

=

3	4M ρNA

在图丙的晶胞中，位于侧棱中点和顶点之间两B原子距离最近，晶体中两个距离最近的B原子之间的距离=

1

2

×晶胞的边长=

1

2

×

3	4M ρNA

=

3	M 2ρNA

，故答案 为：

3	M 2ρNA

点评：本题考查了学生对原子的杂化方式、分子的空间结构、等电子体、晶体的结构及晶胞的计算等知识的掌握情况，具有一定的综合性，对学生综合能力有一定的要求．中等难度．