Question

【題目】氮和磷元素的單質和化合物在農藥生產及工業(yè)制造業(yè)等領域用途非常廣泛，請根據提示回答下列問題：

（1）科學家合成了一種陽離子為“N5n+”，其結構是對稱的，5個N排成“V”形，每個N原子都達到8電子穩(wěn)定結構，且含有2個氮氮三鍵；此后又合成了一種含有“N5n+”化學式為“N8”的離子晶體，其電子式為___，其中的陰離子的空間構型為___。

（2）2001年德國專家從硫酸銨中檢出一種組成為N4H4(SO4)2的物質，經測定，該物質易溶于水，在水中以SO42-和N4H44+兩種離子的形式存在。N4H44+根系易吸收，但它遇到堿時會生成類似白磷的N4分子，不能被植物吸收。1個N4H44+中含有___個σ鍵。

（3）氨(NH3)和膦(PH3)是兩種三角錐形氣態(tài)氫化物，其鍵角分別為107°和93.6°，試分析PH3的鍵角小于NH3的原因___。

（4）P4S3可用于制造火柴，其分子結構如圖1所示。

①P4S3分子中硫原子的雜化軌道類型為___。

②每個P4S3分子中含孤電子對的數(shù)目為___。

（5）某種磁性氮化鐵的晶胞結構如圖2所示，該化合物的化學式為___。若晶胞底邊長為anm，高為cnm，則這種磁性氮化鐵的晶體密度為__g·cm3(用含a、c和NA的式子表示)

（6）高溫超導材料，是具有高臨界轉變溫度(Te)能在液氮溫度條件下工作的超導材料。高溫超導材料鑭鋇銅氧化物中含有Cu3+。基態(tài)時Cu3+的電子排布式為[Ar]__；化合物中，稀土元素最常見的化合價是+3，但也有少數(shù)的稀土元素可以顯示+4價，觀察下面四種稀土元素的電離能數(shù)據，判斷最有可能顯示+4價的稀土元素是___(填元素符號)。

幾種稀土元素的電離能(單位：kJ·mol1)

元素	I1	I2	I3	I4
Sc(鈧)	633	1235	2389	7019
Y(銥)	616	1181	1980	5963
La(鑭)	538	1067	1850	4819
Ce(鈰)	527	1047	1949	3547

Answer 1

【答案】 直線形 10 N的電負性強于P，對成鍵電子對吸引能力更強，成鍵電子對離中心原子更近，成鍵電子對之間距離更小，排斥力更大致使鍵角更大，因而PH3的鍵角小于NH3(或氮原子電負性強于磷原子，PH3中P周圍的電子密度小于NH3中N周圍的電子密度，故PH3的鍵角小于NH3) sp3 10 Fe3N ×1021 3d8 Ce

【解析】

(1)、N5結構是對稱的，5個N排成V形，5個N結合后都達到8電子結構，且含有2個N=N鍵，滿足條件的結構為，故“Ns”帶一個單位正電荷。因此化學式為 “N8”的離子晶體是由N5+和N3-形成的，電子式為，其中的陰離子和CO2互為等電子體，則其空間構型為直線形。

(2)、N4與白磷的結構類似，因此N2H44+的結構式為，所以1個N2H44+中含有10個σ鍵。

(3)由于N的電負性強于P，對成鍵電子對的吸引能力更強，成鍵電子對離中心原子更近，成鍵電子對之間距離更小，排斥力更大致使鍵角更大，因而PH3的鍵角小于NH3。

(4)①、P4S3分子中硫原子的價層電子對數(shù)是4，含有2對孤電子對，雜化軌道類型為sp3；

②、分子中每個P含有1對孤對電子，每個S含有2對孤電子對，則每個P4S3分子中含孤電子對的數(shù)為4×1+3×2=10。

(5)、根據均攤法在氮化鐵晶胞中，含有N原子數(shù)為2，Fe原子數(shù)為，所以氮化鐵的化學式Fe3N，若晶胞底邊長為a nm，高為c nm，則晶胞的體積是，所以這種磁性氮化鐵的晶體密度為。

(6)、銅的原子序數(shù)是29，基態(tài)時Cu3+的電子排布式為[Ar]3d8；根據表中數(shù)據可知Ce的第三電離能與第四電離能相差最小，所以最有可能顯示+4價的稀土元素是Ce。