Question

Cu₃N具有良好的电学和光学性能在电子工业领域、航空航天领域、国防领域、通讯领域以及光学工程等领域中，发挥着广泛的、不可替代的巨大作用。

（1）C、N、O三种元素的第一电离能由大到小的顺序为__。

（2）与N^3-含有相同电子数的三原子微粒的空间构型是__。

（3）Cu⁺的电子排布式为__，其在酸性溶液中不稳定，可发生歧化反应生成Cu²⁺和Cu，但CuO在高温下会分解成Cu₂O，试从结构角度解释高温下CuO为何会生成Cu₂O：__。

（4）在Cu的催化作用下，乙醇可被空气氧化为乙醛，乙醛分子中碳原子的杂化方式是__，乙醛分子H-C-O的键角_(填“大于”“等于”或“小于”)乙醇分子中的H-C-O的键角。

（5）[Cu(H₂O)₄]²⁺为平面正方形结构，其中的两个H₂O被Cl^-取代有两种不同的结构，试画出Cu(H₂O)₂Cl₂具有极性的分子的结构式：___。

（6）Cu₃N的晶胞结构如图所示，N^3-的配位数为__，Cu⁺的半径为apm，N^3-的半径为bpm，Cu₃N的密度为__g·cm^-3(阿伏加德罗常数用N_A表示)。

（7）肼(N₂H₄)又称联氨，是一种可燃性的液体，可用作火箭燃料。肼—空气燃料电池是一种碱性燃料电池，产物无污染，电解质溶液是20%～30%的KOH溶液。肼—空气燃料电池放电时，负极的电极反应式是__；

（8）发射神舟飞船的长征火箭用肼(N₂H₄，气态)为燃料，为了提高肼(N₂H₄)燃烧过程中释放的能量，常用NO₂作氧化剂代替O₂，这两者反应生成N₂和水蒸气。

已知：①N₂(g)+2O₂(g)=2NO₂(g)   ΔH₁=+67.7kJ·mol^-1；②N₂H₄(g)+O₂(g)=N₂(g)+2H₂O(g)   ΔH₂=-534kJ·mol^-1，写出肼和NO₂完全反应的热化学方程式：__。

Answer

N>O>C V形 1s22s22p63s23p63d10(或[Ar]3d10) Cu+的3d轨道上电子全充满，其结构稳定 sp3、sp2 大于 6 g/cm3 N2H4-4e-+4OH-=N2+4H2O 2N2H4(g)+2NO2(g)=3N2(g)+4H2O(g) ΔH=-1135.7kJ·mol-1

【解析】

(1)同周期自左而右第一电离能呈增大趋势，N元素原子的2p能级有3个电子，为半充满稳定状态，能量降低，失去第一个电子需要的能量较高，第一电离能高于同周期相邻元素，故第一电离能N>O>C；

(2)与N3-含有相同电子数的微粒为等电子体，如NO2-，等电子体结构相似，亚硝酸根离子中N原子价层电子对个数=2+1/2(5+1-2×2)=3且含有一个孤电子对，所以为V形结构；

(3)Cu+的核外有28个电子，根据构造原理知其基态离子核外电子排布式1s22s22p63s23p63d10，原子轨道处于全空、半充满或全充满时最稳定，Cu+的3d轨道上全充满，稳定；

(4)乙醛分子中甲基上碳原子含有4个σ键，醛基上的碳原子含有3个σ键，所以甲基中的碳原子采用sp3杂化，醛基中的碳原子采用sp2杂化，乙醇中含有醇羟基的碳原子采用sp3杂化，导致乙醛分子中H-C-O的键角大于乙醇分子中的H-C-O的键角；

(5)[Cu(H2O)4]2+为平面正方形结构，其中的两个H2O被Cl-取代有两种不同的结构，[Cu(H2O)2(Cl)2]具有极性的分子，说明该分子的结构不对称，则其结构式为；

(6)Cu3N的晶胞结构如图，大球个数=12×=3，小球个数=×8=1，所以大球表示Cu原子、小球表示N原子，N3-的配位数=3×2=6，晶胞的体积=[(2a+2b)×10-10cm]3，Cu3N的密度=；

(7)原电池中负极失电子发生氧化反应，结合题目信息可知肼—空气燃料电池放电时肼被氧化生成氮气，所以负极反应方程式为：N2H4-4e-+4OH-=N2+4H2O；

(8)肼和NO2完全反应的方程式为：2N2H4(g)+2NO2(g)=3N2(g)+4H2O(g)，已知：①N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) ΔH1=+67.7kJ·mol-1；②N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) ΔH2=-534kJ·mol-1，则反应②×2-①可得肼和NO2完全反应的方程式，根据盖斯定律该反应ΔH=-534kJ·mol-1×2-67.7kJ·mol-1=-1135.7kJ·mol-1，所以肼和NO2完全反应的热化学方程式为：2N2H4(g)+2NO2(g)=3N2(g)+4H2O(g) △H=-1135.7kJ•mol-1。