当前材料科学的发展方兴未艾．B.N.Ti.Fe都是重要的材料元素.其单质及化合物在诸多领域中都有广泛的应用．(1)基态Fe2+的电子排布式为1S22S22P63S23P63d6或[Ar]3d6,Ti原子核外共有22种运动状态不同的电子．(2)BF3分子与NH3分子的空间结构分别为平面正三角形.三角锥型,BF3与NH3反应生成的BF3•NH3分子中� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

题目内容

17．当前材料科学的发展方兴未艾．B、N、Ti、Fe都是重要的材料元素，其单质及化合物在诸多领域中都有广泛的应用．
（1）基态Fe²⁺的电子排布式为1S²2S²2P⁶3S²3P⁶3d⁶或[Ar]3d⁶；Ti原子核外共有22种运动状态不同的电子．
（2）BF₃分子与NH₃分子的空间结构分别为平面正三角形、三角锥型；BF₃与NH₃反应生成的BF₃•NH₃分子中含有的化学键类型有共价键、配位键，在BF₃•NH₃中B原子的杂化方式为sp³．
（3）N和P同主族．科学家目前合成了N₄分子，该分子中N-N键的键角为60°；N₄分解后能产生N₂并释放出大量能量，推测其用途制造火箭推进剂或炸药．（写出一种即可）
（4）向硫酸铜溶液中加入过量氨水，可生成[Cu（NH₃）₄]²⁺配离子．已知NF₃与NH₃具有相同的空间构型，但
NF₃不易与Cu²⁺形成配离子，其原因是F的电负性比N大，N-F成键电子对偏向F，导致NF₃中氮原子核对其孤电子对的吸引能力增强，难以形成配位键．
（5）纳米TiO₂是一种应用广泛的催化剂，其催化的一个实例如图1所示．化合物乙的沸点明显高于化合物甲，主要原因是化合物乙分子间存在氢键．化合物乙中采取sp³杂化的原子的第一电离能由大到小的顺序为N＞O＞C．

（6）铁和氨气在640℃可发生置换反应，产物之一的晶胞结构如图2所示，写出该反应的化学方程式8Fe+2NH₃$\frac{\underline{\;640℃\;}}{\;}$2Fe₄N+3H₂．若该晶体的密度是ρg•cm^-3，则两个最近的Fe原子间的距离为$\frac{{\sqrt{2}}}{2}\root{3}{{\frac{238}{{ρ{N_A}}}}}$cm．（阿伏加德罗常数用N_A表示）

分析（1）铁原子失去最外层4s能级2个电子，形成Fe²⁺；核外电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵，电子不同运动状态不同；
（2）NH₃分子中氮原子含有孤电子对，BF₃分子中B元素不含孤电子对，导致其空间构型不同；根据价层电子对互斥理论确定BF₃的分子空间构型；
（3）N₄分子与P₄结构相似，为正四面体构型，N₄分子中N原子形成3个σ键、含有1对孤对电子，杂化轨道数目为4，每个面为正三角形；N₄分解后能产生N₂并释放出大量能量，可以制造火箭推进剂或炸药；
（4）NF₃中N-F成键电子对偏向于F原子，N原子上的孤对电子难与铜离子形成配离子；
（5）氢键的存在导致物质熔沸点升高；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族元素第一电离能大于其相邻元素；
（6）铁和氨气在640℃可发生置换反应生成氢气和氮化铁，利用均摊法确定氮化铁的化学式，根据温度、反应物和生成物写出反应方程式；
由晶胞体积V=$\frac{m}{ρ}$计算体积，继而计算正四面体的棱长，由正四面体的棱长计算最近的Fe原子间的距离．

解答解：（1）铁原子失去最外层4s能级2个电子，形成Fe²⁺，核外电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶或[Ar]3d⁶，Ti元素原子核外有22个电子，所以原子中运动状态不同的电子共有22种，
故答案为：1S²2S²2P⁶3S²3P⁶3d⁶或[Ar]3d⁶；22；
（2）NH₃分子中氮原子含有孤电子对，BF₃分子中B元素不含孤电子对，NH₃中N原子含有3个σ键和1个孤电子对，所以NH₃为三角锥构型；BF₃中B原子含有3个σ键且不含孤电子对，所以BF₃为平面三角形构型，BF₃•NH₃分子中含有的化学键类型有共价键、配位键，在BF₃•NH₃中B原子电子对数为$\frac{5+3}{2}$，故杂化方式为sp³，
故答案为：平面正三角形；三角锥型；共价键、配位键；sp³；
（3）N₄分子中N原子形成3个σ键、含有1对孤对电子，杂化轨道数目为4，N原子采取sp³杂化，每个面为正三角形，N-N 键的键角为60°，N₄分解后能产生N₂并释放出大量能量，可以制造火箭推进剂或炸药，
故答案为：60°；制造火箭推进剂或炸药；
（4）F的电负性大于N元素，NF₃中N-F成键电子对偏向于F原子，导致NF₃中氮原子核对其孤电子对的吸引能力增强，N原子上的孤对电子难与铜离子形成配离子，所以NF₃不易与Cu²⁺形成配离子，
故答案为：F的电负性比N大，N-F成键电子对偏向F，导致NF₃中氮原子核对其孤电子对的吸引能力增强，难以形成配位键；
（5）氢键的存在导致物质熔沸点升高，乙中含有氢键、甲不含氢键，所以化合物乙熔沸点高于甲；能形成sp³杂化的原子有C、N、O元素，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族元素第一电离能大于其相邻元素，所以第一电离能N＞O＞C，
故答案为：化合物乙分子间存在氢键；N＞O＞C；
（6）该晶胞中铁原子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，氮原子个数是1，所以氮化铁的化学式是Fe₄N，铁和氨气在640℃可发生置换反应生成氢气和氮化铁，所以该反应方程式为：8Fe+2NH₃$\frac{\underline{\;640℃\;}}{\;}$2Fe₄N+3H₂，一个晶胞中Fe原子数目为8×$\frac{1}{8}$+6$+×\frac{1}{2}$=4，N原子数目为1，晶胞棱长a=$\root{3}{\frac{m}{ρ}}$=$\root{3}{\frac{56×4+14}{ρ{N}_{A}}}$，则两个最近的Fe原子间的距离为$\frac{\sqrt{2}}{2}a$
=$\frac{{\sqrt{2}}}{2}\root{3}{{\frac{238}{{ρ{N_A}}}}}$．
故答案为：8Fe+2NH₃$\frac{\underline{\;640℃\;}}{\;}$2Fe₄N+3H₂；$\frac{{\sqrt{2}}}{2}\root{3}{{\frac{238}{{ρ{N_A}}}}}$．

点评本题是对物质结构的考查，涉及分子结构、杂化轨道、电负性、核外电子排布式、晶胞结构等，注意理解配位键的有关概念，难度中等．

练习册系列答案

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8．研究化肥的合成、废水的处理等有现实的重要意义．
（1）硝酸铵的生产方法是采用硝酸与氨气化合，工业合成氨是一个放热反应，因此低温有利于提高原料的转化率，但实际生产中却采用400～500℃的高温，其原因是催化活性最强，增加反应速率，缩短达到平衡的时间；工业生产中，以氨气为原料合成硝酸，写出工业生产硝酸的最后一步的化学方程式3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO．
（2）甲、乙、丙三个化肥厂生产尿素所用的原料不同，但生产流程相同（如图3所示）：

已知：CO+H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO₂+H₂
①甲厂以焦炭和水为原料；
②乙厂以天然气和水为原料；
③丙厂以石脑油（主要成分为C₅H₁₂）和水为原料．
按工业有关规定，利用原料所制得的原料气H₂和CO₂的物质的量之比，若最接近合成尿素的原料气NH₃（换算成H₂的物质的量）和CO₂的物质的量之比，则对原料的利用率最高．据此判断甲、乙、丙三个工厂哪个工厂对原料的利用率最高？丙．
（3）将工厂废气中产生的SO₂通过下列流程如图1，可以转化为有应用价值的硫酸钙等．
①写出反应Ⅰ的化学方程式：2CaCO₃+O₂+2SO₂=2CaSO₄+2CO₂．
②生产中，向反应Ⅱ的溶液中加入强还原性的对苯二酚等物质，目的是防止亚硫酸铵（NH₄）₂SO₃被氧化．
③检验经过反应Ⅲ得到的氨态氮肥中SO₄^2-所用试剂是盐酸和氯化钡（HCl和BaCl₂）．
（4）工业上利用氯碱工业产品治理含二氧化硫的废气．图2是氯碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图．
①用溶液A吸收含二氧化硫的废气，其反应的离子方程式是SO₂+OH^-=HSO₃^-（或SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O）．
②用含气体B的阳极区溶液吸收含二氧化硫的废气，其反应的离子方程式是SO₂+Cl₂+H₂O=4H⁺+SO₄^2-+2Cl^-．

5．某复合硅酸盐水泥的成分有CaO、MgO、Al₂O₃、SO₃和SiO₂等．回答下列问题：
（1）Ca的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²．
（2）MgO的熔点比CaO的熔点高，其原因是Mg²⁺半径比Ca²⁺小，MgO的晶格能较大．
（3）Al₂O₃溶于NaOH溶液形成Na[Al（OH）₄]，[Al（OH）₄]^-的空间构型为正四面体．
（4）S的氧化物的水化物中算性最强的是H₂SO₄，从结构上分析其原因H₂SO₄中S的正电荷高于H₂SO₃的正电荷，导致H₂SO₄的S-O-H中O的电子向S偏移的程度更大，更容易电离出H⁺，所以H₂SO₄的酸性强．
（5）硅酸盐结构中的基本结构单元为[SiO₄]四面体，其中Si原子的杂化轨道类型为sp³．由两个结构单元通过共用一个原子形成的硅酸盐阴离子的化学式为[Si₂O₇]^6-．
（6）CaO与NaCl的晶胞类型相同，CaO晶胞中Ca²⁺的配位数为6，若CaO晶胞参数为anm，CaO的密度为$\frac{2.24×1{0}^{23}}{{a}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3（用a和N_A表示）．

12．下列图示与对应的叙述一定正确的是（　　）

	A．	表示合成氨（放热反应），温度T₁和T₂对应的平衡常数为K₁，K₂、則：T₁＜T₂，K₁＞K₂
	B．	反应：X（g）+2Y（g）?3Z（g），b的溫度比a可能高
	C．	该温度下，加人FeCl₃不可能引起出由b向a的变化
	D．	用水稀释pH相同的盐酸和醋酸，Ⅰ表示盐酸，Ⅱ表示醋酸，且溶液导电性：c＞b＞a