Question

南京工业大学某研究团队最近在《Nature Communications》刊文介绍了他们开发的一种新型催化剂——反钙钛矿基非贵金属催化剂，这种价廉的新型催化剂结合了钙钛矿结构的灵活性和过渡金属氮(碳)化合物的高导电性、优异电催化性等优点，理论上来说是一种很有发展潜力的析氧反应电催化剂。回答下列问题：

(1)基态氮原子核外未成对电子数为________，基态碳原子核外电子云有_______个伸展方向。

(2)在周期表中，N、O、F是位于同周期且相邻的三种元素，第一电离能最大的元素和最小的元素组成一种只含极性键的化合物M，M分子的立体构型是_________，中心原子的杂化类型是________。

(3)在周期表中，钡位于第六周期ⅡA族，钛酸钡、钛酸钙的熔点分别为1625℃、1975℃，二者熔点差异的原因为__。

(4)钛酸钙的晶胞如图所示，钛酸钙的化学式为_____________；1个钛离子与________个氧离子等距离且最近，这些氧离子可构成正八面体，钛离子位于该正八面体的体心。已知钛酸钙的晶胞参数为a nm，则该正八面体的边长为________pm。

(5)Fe和N可组成一种过渡金属氮化物，其晶胞如图所示，六棱柱底边边长为x cm，高为y cm，N_A为阿伏加德罗常数的值，则晶胞的密度为________________g·cm^-3(列出计算式即可)。

Answer

3 3 V形 sp3 同为离子晶体，Ca2+的半径小于Ba2+，CaTiO3的晶格能大于BaTiO3 CaTiO3 6 500a

【解析】

(1)基态氮原子的核外电子排布式为1s22s22p3，基态C原子的核外电子排布式为1s22s22p2，由电子排布式分析可得；

(2)第一电离能的大小顺序为F>N>O，则M为只含极性键的OF2，由价层电子对数和孤对电子对数确定原子杂化方式和分子空间构型；

(3)两种晶体都是离子晶体，从离子半径角度分析，比较晶格能的大小；

(4)由分摊法计算钛酸钙的化学式，1个钛离子周围有6个氧离子与其等距离且最近，正八面体边长等于晶胞边长的倍；

(5) 由分摊法计算可得。

（1）基态N原子的核外电子排布式为1s22s22p3，s能级有1个轨道，1s、2s电子为成对电子，2p能级有3个轨道，3个电子各占据1个轨道，是未成对电子，则未成对电子数为3个；基态C原子的核外电子排布式为1s22s22p2，s能级上电子云只有1个伸展方向，2p能级上只填充2个电子，有2个伸展方向，共有3个伸展方向，故答案为：3；3；

（2）同一周期元素的第一电离能随着原子序数增大而增大，氮N元素的2p轨道电子处于半充满状态，稳定性较强，则第一电离能大小的顺序为F＞N＞O，第一电离能最大的F元素和最小的O元素组成一种只含极性键的化合物M的分子式为OF2，OF2分子中O原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为2，则O原子的杂化方式为sp3杂化，分子的空间构型为V形，故答案为：V形；sp3；

（3）离子晶体具有较高的熔点，离子晶体的晶格能越大，熔点越高，由熔点可知，钛酸钡、钛酸钙均为离子晶体，Ca2＋的半径小于Ba2＋，CaTiO3的晶格能大于BaTiO3，则钛酸钡的熔点小于钛酸钙，故答案为：同为离子晶体，Ca2+的半径小于Ba2+，CaTiO3的晶格能大于BaTiO3；

（4）由晶胞结构可知，晶胞中钙离子的个数为1，钛离子的个数为8×=1，氧离子个数为12×=3，离子个数比为1:1:3，则钛酸钙的化学式为CaTiO3；1个钛离子周围有6个氧离子与其等距离且最近，正八面体边长等于晶胞边长的倍，1 nm＝103 pm，则该正八面体的边长为×103 pm＝500a pm，故答案为：CaTiO3；6；500a；

（5）由晶胞结构可知，晶胞含有12× ＋2×＋3＝6个Fe原子，含有2个N原子，六棱柱的底面由6个正三角形构成，正三角形的高为x cm，每个正三角形的面积为x2 cm2，晶胞的体积为cm3，则晶胞的密度为g/ cm3，故答案为：。