Question

碳、氮和磷元素是几乎所有的生物体中均含有的生命元素。回答下列问题：

(1)叠氮酸(HN₃)是一种弱酸，在水中能微弱电离出H⁺和，分子中的大Π键可用符号表示，其中m代表参与形成大Π键的原子数，n代表参与形成大Π键的电子数(如苯分子中的大Π键可表示为，则中的大Π键应表示为__________________。

(2)2001年德国专家从硫酸铵中检出一种组成为N₄H₄(SO₄)₂的物质，经测定，该物质易溶于水，在水中以和两种离子的形式存在。中N原子均为sp³杂化，请推测的结构式：_______________________。

(3)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：____________________________。

(4)ATP(三磷酸腺苷)是一种高能磷酸化合物，在细胞中，它与ADP的相互转化实现贮能和放能，从而保证了细胞各项生命活动的能量供应。ATP的结构简式如图1所示。

分子中属于sp²杂化的N原子有_______________个。

(5)某种磁性氮化铁的晶胞结构如图2所示。

①基态Fe原子的电子排布式为______________________。

②该化合物的化学式为___________________________。

③若晶胞底边长为anm，高为cnm，N_A为阿伏加德罗常数的值，则该磁性氮化铁的晶体密度为__________________g.cm^-3(用含a、c、N_A的代数式表示)。

Answer

N原子的电负性强于P原子，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或N原子的电负性强于P原子，PH3中P周围的电子密度小于NH3中N周围的电子密度，故PH3的键角小于NH3) 3 [Ar]3d64s2 Fe3N

【解析】

(1)价电子总数为16，原子总数为3，所以与CO2为等电子体，二者成键方式类似，参与形成大Π键的原子数为3，形成两个键，如图；

(2)中N原子均为sp3杂化，且该离子带4个正电荷，说明含有氢离子和N原子形成的配位键，则应是4个N原子处于正四面体的4顶点，每个N原子形成3个N-N键，还含有1对孤电子对，H+有空轨道，与N原子形成配位键，所以结构式为；

(3)N原子的电负性强于P原子，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(或N原子的电负性强于P原子，PH3中P周围的电子密度小于NH3中N周围的电子密度，故PH3的键角小于NH3)；

(4)形成双键的N原子为sp2杂化，所以属于sp2杂化的N原子有3个；

(5)①Fe元素为26号元素，根据核外电子排布规律可知基态Fe原子的电子排布式为[Ar]3d64s2；

②根据均摊法，该晶胞中Fe原子的数目为=6，N原子的数目为2，所以该化合物的化学式为Fe3N；

③该晶胞的质量m=g，晶胞底面为正六边形，边长为a nm，则底面的面积为nm2，则晶胞的体积V=nm3=×10-21cm3，所以晶胞的密度为=g·cm3。