Question

10．氮及其化合物与人类生产、生活息息相关．回答下列问题：
（1）基态N原子中电子在2p轨道上的排布遵循的原则是洪特规则，前4周期元素中，基态原子核外电子排布成单电子数最多的元素的价层电子排布式为3d⁵4s¹．
（2）C、N、O三种元素第一电离能从大到小的顺序是N＞O＞C．
（3）N₂F₂分子中N原子的杂化方式是sp²杂化，l mol N₂F₂含有3molσ键．
（4）NF₃的键角＜NH₃的键角（填“＜”“＞”或“=”），原因是F元素电负性比H大，NF₃中N周围电子密度小于NH₃中N周围电子密度．
（5）NH₄BF₄（氟硼酸铵）是合成氮化硼纳米管的原料之一．l mol NH₄BF₄2mol配位键．
（6）安全气囊的设计原理为6NaN₃+FeIO₃$\frac{\underline{\;撞击\;}}{\;}$Na₂O+2Fe+9N₂↑
①等电子体的原理是：原子总数相同，价电子总数相同的分子或离子具有相似的化学键特征，具有许多相近的性质．写出两种与N₃^-互为等电子体的分子或离子CO₂、N₂O、CNS^-、NO₂⁺、CNO^-等．
②Na₂O的晶胞结构如图所示，晶胞边长为566pm，晶胞中氧原子的配位数为8，Na₂O晶体的密度为$\frac{4×62}{6.02×1{0}^{23}×（566×1{0}^{-10}）^{3}}$g•cm^-3（只要求列算式，不必计算出结果）．

Answer 1

分析 （1）2p轨道有3个电子，电子排布同一能级不同轨道时，基态原子的电子总是优先单独占据一个轨道，且自旋方向相同；
前4周期元素中，基态原子核外电子排布成单电子数最多，结合洪特规则特例，元素的价层电子排布式为3d⁵4s¹；
（2）同周期随原子序数增大，元素第一电离能呈增大趋势，氮元素原子2p轨道为半满稳定状态，第一电离能高于同周期相邻元素的；
（3）根据8电子结构，N₂F₂分子的结构式为F-N=N-F；
（4）F元素电负性比H大，NF₃中N周围电子密度小于NH₃中N周围电子密度；
（5）NH₄BF₄中NH₄⁺、BF₄^-均含有1个配位键；
（6）①利用周期表中元素位置左右移动（注意电荷变化）或同主族替换法书写；
②晶胞中白色球数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，黑色球数目为8，故白色球为O原子，黑色球为Na原子，钠原子配位数为4，而原子配位数与原子数目成反比；表示出晶胞质量，再根据ρ=$\frac{m}{V}$计算晶体密度．

解答 解：（1）2p轨道有3个电子，电子排布同一能级不同轨道时，基态原子的电子总是优先单独占据一个轨道，且自旋方向相同，遵循洪特规则，
前4周期元素中，基态原子核外电子排布成单电子数最多，结合洪特规则特例，可知元素的价层电子排布式为3d⁵4s¹，
故答案为：洪特规则；3d⁵4s¹；
（2）同周期随原子序数增大，元素第一电离能呈增大趋势，氮元素原子2p轨道为半满稳定状态，第一电离能高于同周期相邻元素的，故第一电离能：N＞O＞C，
故答案为：N＞O＞C；
（3）根据8电子结构，N₂F₂分子的结构式为F-N=N-F，N原子的杂化轨道数目为2+1=3，N原子杂化方式是sp²杂化，单键为σ键，双键含有1个σ键、1个π键，l mol N₂F₂含有3molσ键，
故答案为：sp²杂化；3；
（4）F元素电负性比H大，NF₃中N周围电子密度小于NH₃中N周围电子密度，NF₃的键角＜NH₃的键角，
故答案为：＜；F元素电负性比H大，NF₃中N周围电子密度小于NH₃中N周围电子密度；
（5）NH₄BF₄中NH₄⁺、BF₄^-均含有1个配位键，l mol NH₄BF₄ 含有2mol配位键，
故答案为：2；
（6）①原子总数相同，价电子总数相同的微粒互为等电子体，与N₃^-互为等电子体的分子或离子为：CO₂、N₂O、CNS^-、NO₂⁺、CNO^-等，
故答案为：CO₂、N₂O、CNS^-、NO₂⁺、CNO^-等；
②晶胞中白色球数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，黑色球数目为8，故白色球为O原子，黑色球为Na原子，钠原子配位数为4，而原子配位数与原子数目成反比，故O原子配位数为4×2=8，
晶胞质量为4×$\frac{62}{6.02×1{0}^{23}}$g，则晶体密度=4×$\frac{62}{6.02×1{0}^{23}}$g÷（566×10^-10 cm）³=$\frac{4×62}{6.02×1{0}^{23}×（566×1{0}^{-10}）^{3}}$g•cm^-3，
故答案为：8；$\frac{4×62}{6.02×1{0}^{23}×（566×1{0}^{-10}）^{3}}$．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、电离能、杂化方式、化学键、等电子体、晶胞结构与计算等，注意了对规律中特殊性的考查，掌握均摊法进行晶胞的有关计算．