Question

【化学-选修3：物质结构与性质】

南京理工大学化工学院胡炳成教授团队于2017年1月成功合成世界首个全氮阴离子盐，使氮原子簇化合物的研究又有了新的突破。请根据材料回答以下问题：

（1）N、O、F三种元素的第一电离能由大到小的顺序为____（填元素符号）；与N₂互为等电子体的全氧离子化学式为_______；具有空间网状结构的高聚氮结构如图一所示，则N₇₀的沸点_____（填“>”、“<”或“=”）高聚氮的沸点，原因是_________________；N₇₀和高聚氮属于_____（选填序号）。

A.同素异形体    B．同分异构体    C．同位素      D．同系物

（2）叠氮化物是研究较早的含全氮阴离子的化合物，如：氢叠氮酸（HN₃）、叠氮化钠（NaN₃） 等。叠氮化物能形成多种配合物，在[Co(N₃)(NH₃)₅]SO₄，其中钴显____价，它的配体是____，SO₄^2-的立体构型为___________。

（3）HN₃是一种全氮阴离子酸，可由肼（N₂H₄）被HNO₂氧化制得。下列说法正确的是____。

A．酸性：HNO₂>HNO₂

B. N₂H₄分子中N原子均采取sp³杂化

C. NaN₃的晶格能小于KN₃的晶格能

D．上述生成氢叠氮酸的化学方程式为N₂H₄+HNO₂=2H₂O+HN₃

（4）N₈是一种由全氮阳离子和全氮阴离子构成的特殊物质，已知阳离子由5个氮原子排列成V 形，每个氮原子均达到八电子稳定结构，则阳离子的电子式为_______。

（5）一种氮铁化合物的结构如图二所示，若图中六棱柱的体积为Vcm³, 用N_A表示阿伏加德罗常数的值，则该晶体的密度为______。

Answer

F>N>O O22+ < N70是分子晶体，高聚氮是原子晶体 A +3 N3-、NH3 正四面体； BD

【解析】(1)N、O、F三种元素均为第二周期元素，通常第一电离能随核电荷数增大呈递增的趋势，但N的3p轨道为半充满结构相对稳定，则三种元素第一电离能由大到小的顺序为F>N>O；等电子体应具有相同的原子数目且价电子数相等，则与N2互为等电子体的全氧离子化学式为O22+ ；N70是分子晶体，而高聚氮为原子晶体，则高聚氮的沸点>N70的沸点；N70和高聚氮均为氮元素的不同单质，两者属于同素异形体；

(2)配合物Co[(N3)(NH3)5]SO4中存在SO42-、N3-、NH3，根据正负化合价代数和为0，可知Co为+3价，其中Co的配体为N3-、NH3，硫酸根中心原子的价层电子对为：孤对电子数=0，成键电子对数4，所以为正四面体结构，中心原子为sp3杂化；

(3)A．HNO2为弱酸，而HNO3是强酸，故A错误；B．N2H4中氮原子最外层有5个电子，形成三对共用电子对，另外还有一对孤电子对，氮原子采用的都是sp3杂化，故B正确；C.NaN3与KN3结构类似，Na+半径小于K+，所以NaN3的晶格能比KN3大，故C错误；D．肼(N2H4)被HNO2氧化得氢叠氮酸，此反应的化学方程式为N2H4+HNO2=2H2O+HN3，故D正确；答案为BD；

(4)全氮阳离子由5个氮原子排列成V 形，每个氮原子均达到八电子稳定结构，可知阳离子的电子式为；

(5)该晶体中Fe的原子个数为12×+2×+3=6，N原子数为2，则1mol晶胞的质量为(56×6+14×2)g=364g，则该晶体的密度为=。

点睛：把握常见分子中原子的杂化及空间构型为解答的关键，根据价层电子对互斥理论确定分子空间构型及中心原子杂化方式，价层电子对个数=σ键个数+孤电子对个数，σ键个数=配原子个数，孤电子对个数= (a-xb)，a指中心原子价电子个数，x指配原子个数，b指配原子形成稳定结构需要的电子个数．根据n值判断杂化类型：一般有如下规律：当n=2，sp杂化；n=3，sp2杂化；n=4，sp3杂化；中心原子的杂化类型为sp2，说明该分子中心原子的价层电子对个数是3，无孤电子对数，空间构型是平面三角形。