Question

13．氮族元素的单质及其化合物在农药、化肥等方面有重要应用．我们可以利用物质结构与性质的相关知识去认识和利用它们，
（1）基态磷原子的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p³；等物质的量的NH₃和N₂混合气体中σ键与π键的数目之比为2：1．
（2）N、P、As原子的第一电离能由大到小的顺序为N＞P＞As．
 （3）光化学烟雾易在PM2.5尘粒的催化作用下形成，光化学烟雾中含有NO_x、
O₃、CH₂=CHCHO、HCOOH等二次污染物．下列说法正确的是ABD．
A．N₂O与CO₂互为等电子体，其结构式为N=N=O
B．O₃的沸点大于O₂
C．N₂O结构式可表示为N=N=O，中心氮原子的杂化轨道类型为sp²、sp³
D．HCOOH在水中溶解度大的原因与氢键有关
（4）六方氮化硼在高温高压下可转化为立方氮化硼，其晶胞结构如图所示，晶胞边长为dcm，该晶胞中含有4个氮原子、4个硼原子．
（5）N与砷（As）是同族元素，B与鎵（Ga）是同族元素，立方砷化镓晶体与立方氮化硼晶体结构类似，两种晶体中熔点较高的是氮化硼；立方砷化镓晶体的晶胞边长为apm（1pm=10^-12m），则其密度为$\frac{5.8×1{0}^{32}}{{a}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3　（用含a的式子表示，设N_A为阿伏加德罗常数的值）．

Answer 1

分析 （1）基态N原子价电子排布式为2s²2p³，根据洪特规则、泡利原理画出价电子轨道排布图；NH₃分子含有3个σ键，N₂分子结构式为N≡N，三键含有1个σ键、2个π键；
（2）元素的非金属性越强，其得电子能力越强，失电子能力越弱，则第一电离能越大；
（3）A．原子总数相等、价电子总数相等的微粒互为等电子体，等电子体结构相似；
B．均形成分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越强，沸点越高；
C．CH₂=CHCHO分子中碳原子均形成3个σ键，没有孤对电子，杂化轨道数目为3；
D．HCOOH在水中与水分子之间形成氢键；
（4）晶胞中N原子数目为4，B原子数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4；
（5）立方砷化镓晶体与立方氮化硼晶体结构类似，均属于原子晶体，原子半径越小，共价键越强，晶体熔点越高；根据均摊法计算晶胞中As、Ga原子数目，表示出晶胞质量，根据ρ=$\frac{m}{V}$计算晶胞密度．

解答 解：（1）磷属于15好元素，根据构造原理基态磷原子的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p³，1molNH₃含有3molσ键，1molN₂含有1molσ键和2molπ键，混合气体中σ键与π键的数目之比为2：1，故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p³；
（2）同一主族元素中，元素的金属性随着原子序数的增大而增强，失电子能力增强，也就是越容易失电子，电离能越小，则第一电离能随着原子序数的增大而减小，所以这几种元素第一电离能大小顺序是N＞P＞As，故答案为：N＞P＞As；
（3）A．N₂O与CO₂分子均含有3个原子、价电子数均为16，二者互为等电子体，N₂O的结构式为N=N=O，故A正确；
B．O₃、O₂均形成分子晶体，O₃的相对分子质量越大，分子间作用力更强，故O₃的沸点大于O₂，故B正确；
C．CH₂=CHCHO分子中碳原子均形成3个σ键，没有孤对电子，杂化轨道数目为3，碳原子采取sp²杂化，故C错误；
D．HCOOH在水中与水分子之间形成氢键，故HCOOH在水中溶解度大，故D正确，
故答案为：ABD；
（4）晶胞中N原子数目为4，B原子数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，故答案为：4；4；
（5）立方砷化镓晶体与立方氮化硼晶体结构类似，均属于原子晶体，原子半径N＜As、B＜Ga，故氮化硼中共价键更强，氮化硼的晶体熔点更高，晶胞中As、Ga原子数目均为4，晶胞质量为4×$\frac{145}{{N}_{A}}$g，晶胞密度为4×$\frac{145}{{N}_{A}}$g÷（a×10^-10 cm）³=$\frac{5.8×1{0}^{32}}{{a}^{3}{N}_{A}}$g．cm^-3，
故答案为：氮化硼；$\frac{5.8×1{0}^{32}}{{a}^{3}{N}_{A}}$．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、化学键、杂化方式、晶体类型与性质、晶胞计算等，注意对基础知识的理解掌握．