题目内容
【题目】B、N、Co均为新型材料的重要组成元素。请回答下列问题。
(1)基态氮原子的价电子排布图为________________。
(2)Co能形成[Co(CNO)6]3-。
①1mol该离子中含有σ 键的数目为_____________。
②与CNO—互为等电子体的分子为_____________。(任写一种,填化学式)
(3)往CuSO4溶液中加入过量氨水,可生成[Cu(NH3)4]2+ 配离子,已知NF3和NH3的空间构型都是三角锥型,但NF3不易与Cu2+形成配合离子,其原因是_______。
(4)分子中的大 π键可用符合 πmn 表示,其中m表示形成大 π 键的原子数,n表示参与形成大 π 键的电子数(如苯分子中的大 π键可表示为π66)。则NO3-中的大 π键应表示为________________。
(5)多硼酸根的结构之一为链状(如图),其化学式为____________。
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(6)氮化硼晶体有多种结构,其中立方氮化硼具有金刚石的结构(如图)。若晶胞边长为a nm,晶胞中N原子位于B原子所形成的正四面体的体心,则B—N键的键长为____nm,这种氮化硼晶体的密度为______g/cm3 。(用含有a和NA的代数式表示)
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【答案】
18NA CO2或N2O 电负性F>N>H,NH3中氮原子显-3价,而在NF3中氮原子显+3价,高度缺电子,不易提供孤电子对给Cu2+的空轨道形成配位键
BO2-
【解析】
(1)根据原子构造原理可知N核外电子排布式,结合原子最外层电子为价电子,即可得到基态氮原子的价电子排布图;
(2)①1个Co3+与6个CNO-形成6个配位键,属于σ键,1个CNO-含有2个σ键,故1个[Co(CNO)6]3-含有18个σ键;
②与CNO-互为等电子体的分子可以用O原子替换N原子与1个单位负电荷;
(3)根据形成配位键的体积及NF3中共用电子对的偏向分析判断;
(4) NO3-中的大 π键是每个O原子提供1个电子,每个N原子提供3个电子形成;
(5)由均摊法,可知每个B原子独自占有2个O原子,B元素化合价为+2,O元素化合价为-2,计算化合价代数和确定离子所带电荷;B原子形成3个σ键,没有孤电子对,杂化轨道数目为3;
(6)根据晶胞中原子的相对位置,结合晶胞边长判断N-B键的键长;用均摊法计算晶胞中含有的B、N原子数目,然后根据密度公式可得晶胞的密度大小。
(1)N是7号元素,根据原子构造原理可知N核外电子排布式是1s22s22p3,价电子排布式是2s22p3,所以基态氮原子的价电子排布图为
;
(2)①1个Co3+与6个CNO-形成6个配位键,属于σ键,1个CNO-含有2个σ键,故1个[Co(CNO)6]3-含有18个σ键,所以1mol该离子中含有σ 键的数目为18NA;
②与CNO-互为等电子体的分子可以用O原子替换N原子与1个单位负电荷,其电子体为CO2或N2O;
(3)往CuSO4溶液中加入过量氨水,可生成[Cu(NH3)4]2+ 配离子,是由于中心离子Cu2+有空轨道,NH3分子中N原子由孤对电子,N—H偏向N原子一方,N原子周围相对来说电子多,而NF3和NH3的空间构型尽管都是三角锥型,但电负性F>N>H,在NH3中氮原子显-3价,而在NF3中氮原子显+3价,高度缺电子,不易提供孤电子对给Cu2+的空轨道形成配位键,所以NF3不易与Cu2+形成配合离子;
(4)中NO3-中的大 π键是每个O原子提供1个电子,每个N原子提供3个电子形成,所以成键原子数是4,成键电子数是6,故NO3-中的大 π键表示为
;
(5)由均摊法,可知每个B原子独自占有2个O原子,B元素化合价为+2,O元素化合价为-2,多硼酸根的化合价代数和为3n+2×n(-2)=-n,故多硼酸根组成可表示为:(BO2)nn-,也可写为BO2 -;
(6)晶胞边长为anm,则立方氮化硼的结构可知晶胞中N原子位于B原子所形成的正四面体的体心,可看作是将晶胞均分为8个小立方体,B—N键的键长为晶胞体对角线的
,由于晶胞边长为anm,则体对角线为
,所以B—N键的键长
nm;
一个晶胞中含有B原子数目为:4;含有N原子数目为
=4,即一个晶胞中含有4个BN,所以晶胞的密度为
=
g/cm3。