Question

O₂、O₃、N₂、N₄是氧和氮元素的几种单质。回答下列问题：

(1)O原子中价电子占据的轨道数目为___________。

(2)第一电离能I₁：N__________O(填“>”或“<”)，第二电离能I₂：O大于N的原因是___________。

(3)N元素的简单气态氢化物NH₃在H₂O中溶解度很大，其原因之一是NH₃和H₂O可以形成分子间氢键，则在氨水中氢键可以表示为N…H—N、_________(任写两种)。

(4)已知：表格中键能和键长数目。

化学键	键长/pm	键能/(kJ·mol^－^1)
N—N	145	193
N=N	125	418
N≡N	110	946

N₂和N₄都是N元素的单质，其中N₄是正四面体构型，N原子占据四面体的四个顶点，从键参数角度分析N₄分子稳定性远小于N₂原因是_________。

Answer

4 > 失去一个电子后O＋的2p处于半充满状态，更加稳定，再失去一个电子消耗能量更高 N…H—O、H2O…H—N、H2O…H—O N4中N—N键键能小于N2中的N≡N键键能，键长大于N≡N键键长

【解析】

(1)O原子的价电子排布式为2s22p4，O原子价电子占有1个2p轨道、3个p轨道，其价电子占据的4原子轨道，故答案为：4；

(2)同周期从左到右第一电离能呈增大趋势，但N的电子排布最外层p能级三个轨道各有一电子，处于半充满状态，比较稳定，所以第一电离能I1：N＞O；O失去一个电子后O＋的2p处于半充满状态，更加稳定，再失去一个电子消耗能量更高，所以第二电离能I2：O＞N，故答案为：＞；失去一个电子后O＋的2p处于半充满状态，更加稳定，再失去一个电子消耗能量更高；

(3)因为O、N原子有比较强的吸电子能力，所以NH3和H2O既会吸引同种分子的H，又会吸引对方分子的H，从而形成氢键，所以在氨水中存在4种分子间氢键，可以表示为：H3N…H-N、H3N…H-O、H2O…H-N、H2O…H-O，故答案为：H3N…H-O；H2O…H-N；

(4)因为N4是正面体构型，N原子占据四面体的四个顶点，所以N4中只存在N-N，而N2中只存在N≡N，由表中数据可知，N-N键长大于N≡N键长，N-N键能小于N≡N键能，且二者键能差距较大，所以N4分子稳定性远小于N2，故答案为：N4中N-N键能小于N2中的N≡N，键长大于N≡N。