Question

1906年，哈伯在60℃高温、200兆帕高压的条件下，用锇(Os)作催化剂，首次成功得到了氨，但产率较低。随着科学的进步以及科学家们对催化剂的研究改进，现在工业上普遍采用铁触媒（主要成分为Fe₃O₄，助催化剂：K₂O、Al₂O₃、CaO、MgO、CoO等）做合成氨的催化剂，大大提高了合成氨的产率。回答下列问题：

（1）已知元素Co(钴）的原子核内有27个质子，则该元素基态原子价电子排布式为___。

（2）元素Fe的基态原子核外未成对电子数为___；Fe²⁺与Fe³⁺相比较，___更稳定。

（3）C、N、O处于同一周期，其中第一电离能最大的___，电负性最大的是___，它们与氢形成的简单氢化物沸点从高到低的顺序为___。

（4）NH₃分子中N原子的杂化方式为___；氨气极易溶于水（溶解度1：700)，除了氨气能与水发生反应外，还有两个原因分别是___、___。

（5）我国长征系列运载火箭使用的液态燃料主要是偏二甲肼［结构简式：(CH₃)₂NNH₂，可看作是肼(NH₂NH₂)中同一氮原子上的两个氢原子被甲基取代］和四氧化二氮，燃烧时发生反应：(CH₃)₂NNH₂+2N₂O₄=2CO₂+4H₂O+3N₂。当该反应消耗1molN₂O₄时将形成___molπ键。

Answer

3d74s2 4 Fe3+ N O H2O＞NH3＞CH4 sp3 氨气与水均为极性分子或相似相溶 氨气分子与水分子之间可以形成氢键 5

【解析】

(1)已知元素Co(钴)的原子核内有27个质子，质子数等于原子核外电子数，则该元素基态原子核外电子排布式为：[Ar]3d74s2，价电子排布式为3d74s2；

(2)元素Fe的基态原子核外排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，3d轨道上有6个电子，根据洪特规则，电子优先占据一个空轨道，则核外未成对电子数为4；Fe2+价层电子排布为1s22s22p63s23p63d6，Fe3+价层电子排布为1s22s22p63s23p63d5，Fe3+的3d轨道上处于半充满稳定状态，Fe3+更稳定；

(3)C、N、O处于同一周期，随核电荷数增大，第一电离能逐渐增大，但N原子核外电子2p轨道上电子处于半充满稳定状态，第一电离比相邻元素大，其中第一电离能最大的为N元素；同一周期，随核电荷数增大，电负性逐渐增大，电负性最大的是O；C、N、O三种元素的最简单氢化物分别为：CH4、NH3、H2O，由于氨气、水均能形成氢键，故三者沸点从高到低的顺序为：H2O＞NH3＞CH4；

(4)NH3分子中N原子的价电子对数=3+=4，则N杂化方式为sp3；氨气极易溶于水(溶解度1：700)，除了氨气能与水发生反应外，还有两个原因分别是氨气与水均为极性分子或相似相溶、氨气分子与水分子之间可以形成氢键；

(5)一个N2分子由氮氮三键结合而成，三键中含有一个σ键和2个π键，一个CO2分子中含有两个碳氧双键，每个双键中一个σ键和1个π键，根据反应(CH3)2NNH2+2N2O4=2CO2+4H2O+3N2，当该反应消耗1molN2O4时将生成1mol CO2和mol N2，则形成π键的物质的量=1mol×2+mol×2=5mol。