Question

氮的化合物在农药生产及工业制造业等领域用途非常广泛，请根据提示回答下列相关问题：

（1）基态氮原子的价层电子排布式为__________________，碳、氮、氧元素的第一电离能由小到大的顺序为_________________（用元素符号表示）。

（2）NH₄Cl中氮原子的杂化方式为____________，与NH₄^＋互为等电子体的一种非极性分子的化学式为_______________。

（3）NH₄Cl受热易分解产生氨气，向CuSO₄溶液中通入氨气至过量，产生蓝色沉淀，随后沉淀溶解得到深蓝色溶液，该溶液中存在的配离子的结构式为___________________。

（4）氨（NH₃）和膦（PH₃）是两种三角锥形气态氢化物，其键角分别为107°和93.6°，试分析PH₃的键角小于NH₃的原因__________________________________________________。

（5）第VA族气态氢化物沸点如下图所示，试解释沸点PH₃<NH₃，PH₃<AsH₃<SbH₃的原因____________________________________________________________________。

（6）氮化镓是具有重要应用价值的半导体，其部分晶体结构如下图所示，每个晶胞中Ga原子个数为____个，若晶胞底边长为a nm，高为c nm，则氮化镓的晶体密度为___________g/cm³

（用含a、c的代数式表示，阿伏加德罗常数用N_A表示）。

Answer

2s22p3 C＜O＜N sp3 CH4 N的电负性强于P，对成键电子对吸引能力更强，成键电子对离中心原子更近，成键电子对之间距离更小，排斥力更大致使键角更大，因而PH3的键角小于NH3。 NH3分子间存在氢键、分子结构相似，相对分子质量不断增大，分子间作用力不断增强 6 g/cm3

【解析】（1）氮元素的核电荷数为7，其原子最外层有5个电子，则基态氮原子的价层电子排布式为2s22p3，碳、氮、氧元素均为第二周期主族元素，第一电离呈增大趋势，但氮的2p轨道为半充满结构，相对稳定，第一电离偏大，则三种元素的第一电离能由小到大的顺序为C＜O＜N；

（2）NH4+离子中价层电子对=4+=4，所以中心原子原子轨道为sp3杂化，其VSEPR模型为正四面体，该离子中含有不孤电子对，所以其空间构型为正四面体，NH4+中电子数为：7+4-1=10，原子数为5，CH4中电子数为：6+4=10，原子数为5，和NH4+是等电子体；

（3）向CuSO4的水溶液中逐滴加入氨水，离子方程式为：Cu2++2NH3•H2O=Cu（OH）2↓+2H2O，至过量，观察到溶液由天蓝色最终变为深蓝色，生成[Cu（NH3）4]2+，反应的离子方程式为：Cu（OH）2+4NH3•H2O=[Cu（NH3）4]2++2OH-+4H2O，[Cu（NH3）4]2+的结构式为；

（4）氨（NH3）和膦（PH3）是等电子体结构相似，但N的电负性强于P，对成键电子对吸引能力更强，成键电子对离中心原子更近，成键电子对之间距离更小，排斥力更大致使键角更大，因而PH3的键角小于NH3。

（5）第VA族气态氢化物结构相似，均为分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越大，沸点越高，但NH3分子间存在氢键，其沸点最高；

（6）每个晶胞中Ga原子个数为12×+2×+3=6，N原子为6×+4=6，每个晶胞中含有6个GaN，每个晶胞的质量为，晶胞的体积为a2cnm3=a2c×10-21cm3；晶胞的密度为÷[a2c×10-21cm3]= g/cm3。

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。