Question

9．已知：碳、氮、氢、氧四种元素可形成多种化合物，且有非常重要的用途．
（1）C、N、H电负性的大小顺序为N＞C＞H．
（2）甲烷与二氧化氮可发生如下反应：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+N₂（g）+2H₂O（g），若反应中有2mol C-H键断裂，则形成的π键共有2 mol．
（3）F₂与NH₃在一定条件下可形成NF₃，NF₃分子的空间构型为三角锥形．
（4）现已合成出一种硬度比金刚石还大的晶体氮化碳，其化学式为C₃N₄．其硬度比金刚石大的主要原因是氮化碳与金刚石均属于原子晶体，其氮碳键的键长比金刚石晶体中碳碳键的键长更短．
（5）配合物Y的结构如图甲所示，Y中含有ABCD（填序号）．

A．非极性共价键 B．配位键 C．极性键 D．氢键 E．金属键
Y中碳原子的杂化方式有sp³、sp²．
写出镍 （Ni）原子的价电子排布式3d⁸4s²．
（6）氨气与铁在一定条件下发生置换反应，一种产物的晶胞结构如图乙所示，若该立方体晶胞的棱长为a pm，则该晶体的密度为$\frac{2.38×1{0}^{32}}{{a}^{3}{N}_{A}}$g/cm³ （N_A为阿佛加德罗常数的值）．

Answer 1

分析 （1）元素的非金属性越强，其电负性越大，同一周期元素，元素的电负性随着原子序数增大而增大；
（2）CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+N₂（g）+2H₂O（g）中如果有1mol甲烷完全反应，有4molC-H键断裂，同时有4molπ键形成，若反应中有2mol C-H键断裂，则有0.5mol甲烷参加反应，根据甲烷和π键之间的关系式计算； 
（3）NF₃分子中N原子价层电子对个数是4且含有一个孤电子对，据此判断空间构型；
（4）该化合物中电负性N＞C，所以N元素呈现负价、C元素呈现正化合价，N元素为-3价、C元素为+4价，根据化合物中化合价的代数和为0确定化学式；
原子晶体中，键长越长，晶体熔沸点越低；
（5）同种非金属元素之间存在非极性键、不同非金属元素之间存在极性键，含有孤电子对和含有空轨道的原子之间存在配位键；羟基中氢原子和另外的O原子之间存在氢键；
根据价层电子对互斥理论确定C原子杂化类型；
Ni为28号元素，其基态原子核外有28个电子，其3d、4s电子为价电子，根据构造原理书写其价电子排布式；
（6）该晶胞中Fe原子个数=6×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{8}$=4，N原子个数为1，其化学式为Fe₄N，晶胞的棱长=a×10^-10cm，体积为（a×10^-10cm）³，该晶胞密度=$\frac{m}{V}$．

解答 解：（1）元素的非金属性越强，其电负性越大，同一周期元素，元素的电负性随着原子序数增大而增大，非金属性强弱顺序是N＞C＞H，所以电负性大小顺序是N＞C＞H，
故答案为：N＞C＞H；
（2）CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+N₂（g）+2H₂O（g）中如果有1mol甲烷完全反应，有4molC-H键断裂，同时有4molπ键形成，若反应中有2mol C-H键断裂，则有0.5mol甲烷参加反应，根据甲烷和π键之间的关系式知，生成2molπ键，故答案为：2； 
（3）NF₃分子中N原子价层电子对个数是4且含有一个孤电子对，其空间构型和氨气相似，为三角锥形，故答案为：三角锥；
（4）该化合物中电负性N＞C，所以N元素呈现负价、C元素呈现正化合价，N元素为-3价、C元素为+4价，根据化合物中化合价的代数和为0知，其化学式为C₃N₄；
原子晶体中，键长越长，晶体熔沸点越低，氮化碳与金刚石均属于原子晶体，其氮碳键的键长比金刚石晶体中碳碳键的键长更短，所以硬度比金刚石大；
故答案为：C₃N₄；氮化碳与金刚石均属于原子晶体，其氮碳键的键长比金刚石晶体中碳碳键的键长更短；
（5）同种非金属元素之间存在非极性键、不同非金属元素之间存在极性键，含有孤电子对和含有空轨道的原子之间存在配位键；羟基中氢原子和另外的O原子之间存在氢键，所以C-C原子之间存在非极性键、C-N和C-H原子之间存在极性键、Ni-N原子之间存在配位键、羟基中H原子和另外的O原子之间存在氢键，故选ABCD；
根据价层电子对互斥理论知，甲基上C原子价层电子对为4，其杂化方式为sp³；连接甲基的C原子价层电子对个数是3，碳原子杂化方式为sp²；
Ni为28号元素，其基态原子核外有28个电子，其3d、4s电子为价电子，根据构造原理书写其价电子排布式为3d⁸4s²，
故答案为：ABCD；sp³、sp²；3d⁸4s²；
（6）该晶胞中Fe原子个数=6×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{8}$=4，N原子个数为1，其化学式为Fe₄N，晶胞的棱长=a×10^-10cm，体积为（a×10^-10cm）³，该晶胞密度=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}}{V}$=$\frac{\frac{238}{{N}_{A}}}{（a×1{0}^{-10}）^{3}}$g/cm³=$\frac{2.38×1{0}^{32}}{{a}^{3}{N}_{A}}$g/cm³．

故答案为：$\frac{2.38×1{0}^{32}}{{a}^{3}{N}_{A}}$．

点评 本题考查晶胞计算、原子杂化、微粒空间构型、化学键等知识点，侧重考查学生分析计算能力，这些都是高频考点，知道价层电子对互斥理论的应用，难点是晶胞计算，知道$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}}{V}$中各个字母的含义，题目难度中等．