Question

6．氮、磷、砷是同族元素，该族元素单质及其化合物在农药、化肥等方面有重要应用．请回答下列问题．
（1）氮与元素周期表同周期的相邻元素的第一电离能由小到大的顺序为C＜O＜N．
（2）与阴离子（CN-）互为等电子体的两种分子有N₂、CO．
（3）氨水溶液中存在多种氢键，任表示出其中两种O-H…N、N-H…O（或O-H…O、N-H…N）．
（4）H₃P0₄的K₁、K₂、K₃分别为7.6×10^-3、6.3×10^-8、4.4×10^-13．硝酸完全电离，而亚硝酸K=5.1×10^-4，请根据结构与性质的关系解释：
①H₃PO₄的K₁远大于K₂的原因是第一步电离生成的负离子较难再进一步电离出带正电荷的H⁺．
②硝酸比亚硝酸酸性强的原因是硝酸中非羟基氧是两个，亚硝酸非羟基O是一个，非羟基氧越多酸性越强．
（5）X⁺中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，它与N^3-形成的晶体结构如图所示．X的核外电子排布式为ls²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹与同一个N^3-相连的X⁺有6 个．
（6）X的高价阳离子（X²⁺）在水溶液中存在离子[X（H₂O）₄]²⁺，则X²⁺与H₂O之间的键型为配位键该化学键能形成的原因是H₂0能提供孤对电子，Cu²⁺能接受孤对电子（或Cu²⁺有空轨道）请画出[X（H₂O）₄]²⁺离子的结构式（用元素符号写结构式）．

Answer 1

分析 （1）同一周期元素自左而右第一电离能呈增大趋势，但N元素原子2p能级是半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素，据此进行判断；
（2）将CN^-中C原子及1个负电荷换成1个N原子，可得等电子体N₂，将N原子及1个负电荷换成1个O原子，可得等电子体CO；
（3）N元素与O元素的电负性都很强，不同分子中的N原子、O原子与H原子之间都可以形成氢键；
（4）①根据磷酸第一步电离出氢离子后变为阴离子，阴离子难电离出带正电荷的氢离子分析；
②根据硝酸、亚硝酸分子中非羟基氧的数目判断；
（5）X⁺中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，X原子核外电子数=2+8+18+1=29，则X为Cu元素，该晶胞中白色小球=8×$\frac{1}{8}$=1，黑色小球=12×$\frac{1}{4}$=3，N^3-带3个单位负电荷、Cu⁺带1个单位正电荷，所以形成的化合物为Cu₃N，则白色小球表示N^3-、黑色小球表示Cu⁺，根据晶胞结构图可判断与同一个N^3-相连的X⁺的数目；
（6）Cu²⁺有空轨道，Cu²⁺能接受孤对电子，H₂0能提供孤对电子，所以能形成配位键；[X（H₂O）₄]²⁺为[Cu（H₂O）₄]²⁺离子，据此画出其结构式．

解答 解：（1）C、N、O元素是同一周期相邻元素，同一周期元素自左而右第一电离能呈增大趋势，但N元素原子2p能级是半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素，故第一电离能C＜O＜N，
故答案为：C＜O＜N；
（2）将CN^-中C原子及1个负电荷换成1个N原子，可得等电子体N₂，将N原子及1个负电荷换成1个O原子，可得等电子体CO，
故答案为：N₂；CO；
（3）N元素与O元素的电负性都很强，不同分子中的N原子、O原子与H原子之间都可以形成氢键，如O-H…N、N-H…O、O-H…O、N-H…N，
故答案为：O-H…N；N-H…O（或O-H…O、N-H…N）；
（4）①磷酸第一步电离出氢离子后变为阴离子，阴离子难电离出带正电荷的氢离子，所以H₃PO₄的K₁远大于K₂，
故答案为：第一步电离生成的负离子较难再进一步电离出带正电荷的H⁺；
②由于硝酸中非羟基氧是两个，亚硝酸非羟基O是一个，非羟基氧越多酸性越强，所以硝酸比亚硝酸酸性强，
故答案为：硝酸中非羟基氧是两个，亚硝酸非羟基O是一个，非羟基氧越多酸性越强；
（5）X⁺中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，X原子核外电子数=2+8+18+1=29，则X为Cu元素，Cu元素是29号元素，原子核外电子数为29，核外电子排布式为ls²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹；
该晶胞中白色小球=8×$\frac{1}{8}$=1，黑色小球=12×$\frac{1}{4}$=3，N^3-带3个单位负电荷、Cu⁺带1个单位正电荷，所以形成的化合物为Cu₃N，则白色小球表示N^3-、黑色小球表示Cu⁺，同一个N^3-相连的Cu⁺有6个，
故答案为：ls²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹；X⁺与N^3-形成的晶体化学式是Cu₃N，因此白球是N^3-，所以与同一个N^3-相连的X⁺有6个；
（6）Cu²⁺与H₂O与之间的化学键类型为配位键，Cu²⁺有空轨道，Cu²⁺能接受孤对电子，H₂0能提供孤对电子，所以能形成配位键；
[X（H₂O）₄]²⁺离子为[Cu（H₂O）₄]²⁺，[Cu（H₂O）₄]²⁺离子中含有配位键，其结构式为：，
故答案为：配位键；H₂0能提供孤对电子，Cu²⁺能接受孤对电子（或Cu²⁺有空轨道）；．

点评 本题考查了配合物的成键情况、电离能、氢键、电子排布式等知识，题目难度中等，注意掌握电离能大小比较方法及配合物的成键情况，明确氢键、电子排布式的表示方法，试题知识点较多、综合性较强，充分考查了学生的分析、理解能力及灵活应用能力．