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

9．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$\frac{5+3}{2}=4$，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．

实验编号	氢氧化钠溶液的浓度（mol•L^-1）	滴定完成时，氢氧化钠溶液滴入的体积（mL）	待测盐酸的体积（mL）
1	0.10	24.12	20.00
2	0.10	23.88	20.00
3	0.10	24.00	20.00

	A．	c（Na⁺）＞c（F^-）		B．	c（Na⁺）＜c（F^-）
	C．	c（Na⁺）=c（F^-）		D．	无法确定c（Na⁺）和c（F^-）的大小关系

	实验方法	实验方案	测量数据
A	滴定法	将样品配成100mL溶液，取10.00mL，加人甲基橙，用标准盐酸滴定	消耗盐酸的体积
B	量气法	将样品与盐酸反应，使生成的气体全部被碱石灰吸收	碱石灰增重
C	重量法	将样品放人烧杯中，置于天平上，加入足量盐酸	减轻的质量
D	量气法	将样品与盐酸反应，气体通过排水量气装置量气	排水体积

	A．	该有机物属于烯烃		B．	该有机物属于醇
	C．	该有机物分子中所有的原子都共面		D．	该有机物有两种官能团

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