Question

【題目】碳、氮元素是構(gòu)成生物體的主要元素，在動(dòng)植物生命活動(dòng)中起著重要作用。根據(jù)要求回答下列問題：

（1）氮原子核外有___________種不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子，基態(tài)氮原子核外電子排布圖為___________。

（2）已知：(NH4)2CO32NH3↑+H2O↑+CO2↑

①與氧同周期，且第一電離能比氧大的元素有___________種。

②分解所得的氣態(tài)化合物分子的鍵角由小到大的順序?yàn)?/span>___________(填化學(xué)式)。

（3）物質(zhì)中與CO32－中的碳原子雜化類型相同和不同的碳原子的個(gè)數(shù)比為___________。

（4）配合物[Cu(CH3C≡N)4]BF4中銅原子的價(jià)電子排布式：___________，BF4－的空間構(gòu)型為___________。寫出與BF4－互為等電子體的一種分子和一種離子的化學(xué)式：___________、___________。

（5）碳元素與氮元素形成的某種晶體的晶胞如圖所示(8個(gè)碳原子位于立方體的頂點(diǎn)，4個(gè)碳原子位于立方體的面心，4個(gè)氮原子在立方體內(nèi))，該晶體硬度超過金剛石，成為首屈一指的超硬新材料。

①晶胞中C原子的配位數(shù)為___________。該晶體硬度超過金剛石的原因是___________。

②已知該晶胞的邊長(zhǎng)apm，阿伏加德羅常數(shù)用NA表示，則該晶體的密度為___________。

Answer 1

【答案】7 3 H2O<NH3<CO2 3:2 3d104s1 正四面體 CCl4 SO42- 4 該晶體和金剛石均為原子晶體，該晶體中的C-N鍵的鍵長(zhǎng)比金剛石中的C-C鍵的鍵長(zhǎng)短，鍵能大，故硬度大

【解析】

(1)原子核外沒有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相同的電子；N原子價(jià)電子排布式是為2s22p3，結(jié)合泡利原理、洪特規(guī)則畫出價(jià)電子排布圖；(2)①與氧同周期，且第一電離能比氧大的元素有N、F、Ne；②分解所得的氣態(tài)化合物有H2O、NH3、CO2，H2O為V形，NH3為三角錐形，CO2為直線形，H2O中有兩對(duì)孤電子對(duì)，NH3中1對(duì)孤電子對(duì)，孤電子對(duì)與鍵合電子對(duì)斥力大于鍵合電子對(duì)與鍵合電子對(duì)間斥力；(3)CO32-中C的雜化方式為sp2，分子中苯環(huán)C為sp2雜化，-CN中C為sp雜化，-CH3與-CH2-中與-CH中C為sp3雜化，據(jù)此計(jì)算；

(4)判斷空間構(gòu)型時(shí)可利用價(jià)層電子對(duì)互斥理論。BF4-中無孤電子對(duì)，有4個(gè)σ鍵電子對(duì)，故呈四面體形；尋找等電子體時(shí)可利用價(jià)電子遷移法找到；(5)①根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)分析，1個(gè)C周圍等距且最近的N有4個(gè)，晶體硬度超過金剛石，從C-N的鍵能和C-C鍵能角度分析；②先計(jì)算晶胞的質(zhì)量和體積，再計(jì)算晶體的密度。

(1)原子核外沒有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相同的電子，基態(tài)氮原子核外有7個(gè)電子，有7種不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；N原子核外電子排布式是1s22s22p3，結(jié)合泡利原理、洪特規(guī)則，其核外電子排布圖為；

(2)①與氧同周期，且第一電離能比氧大的元素有N、F、Ne，共有3種；②解所得的氣態(tài)化合物有H2O、NH3、CO2，H2O為V形，NH3為三角錐形，CO2為直線形，H2O中有兩對(duì)孤電子對(duì)，NH3中1對(duì)孤電子對(duì)，孤電子對(duì)與鍵合電子對(duì)斥力大于鍵合電子對(duì)與鍵合電子對(duì)間斥力，所以鍵角大小為：H2O＜NH3＜CO2；(3)CO32-中C的雜化方式為sp2，分子中苯環(huán)C為sp2雜化，-CN中C為sp雜化，-CH3與-CH2-與-CH中C為sp3雜化，所以分子中sp2雜化C有6個(gè)，sp雜化C有1個(gè)，sp3雜化C有3個(gè)，所以與CO32- 的碳原子雜化類型相同和不同的碳原子的個(gè)數(shù)比為6:4=3:2；(4)Cu為29號(hào)元素，基態(tài)原子的核外電子排布式為[Ar]3d104s1，故基態(tài)原子的價(jià)層電子排布式為3d104s1；BF4-中心原子B的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4+=4，雜化方式為sp3，則空間構(gòu)型為正四面體形；BF4-共有5個(gè)原子，價(jià)電子總數(shù)為32，結(jié)合等電子體理論可知CCl4、PO43-、SO42-和ClO4-均與之為等電子體；(5)①根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)分析，1個(gè)C周圍等距且最近的N有4個(gè)，晶體硬度超過金剛石，從C-N的鍵能和C-C鍵能角度分析，該晶體和金剛石二者均為原子晶體，該晶體中的C-N鍵的鍵長(zhǎng)比金剛石中的C-C鍵的鍵長(zhǎng)短，鍵能大，故硬度較金剛石大；②該晶胞中含有碳原子數(shù)為8×+6×=3，含有N原子數(shù)目為4，則晶胞的化學(xué)式為C3N4，一個(gè)晶胞的質(zhì)量為g，晶體的體積為(a×10-10)3cm3，故晶胞的密度為==g/cm3.