Question

【题目】碳、氮元素是构成生物体的主要元素，在动植物生命活动中起着重要作用。根据要求回答下列问题：

（1）处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用____________形象化描述。在基态14C原子中，核外存在____________对自旋状态相反的电子。

（2）已知：(NH4)2CO32NH3↑+H2O↑+CO2↑

①与氧同周期，且第一电离能比氧大的元素有____________种。

②(NH4)2CO3分解所得的气态化合物分子的键角由小到大的顺序为____________（填化学式）。

（3）物质中C原子杂化方式是____________。

（4）配合物[Cu(CH3CN)4]BF4中，铜原子的价电子布式为____________，BF4-的空间构型为___________。写出与BF4-互为等电子体的一种分子和一种离子的化学式：___________、___________。

（5）碳元素与氮元素形成的某种晶体的晶胞如图所示（8个碳原子位于立方体的顶点，4个碳原子位于立方体的面心，4个氮原子在立方体内），该晶体硬度超过金刚石，成为首屈一指的超硬新材料。

①晶胞中C原子的配位数为___________。该晶体硬度超过金刚石的原因是___________。

②已知该晶胞的边长为apm，阿伏加德罗常数用NA表示，则该晶体的密度为___________g·cm-3。

Answer 1

【答案】电子云 2 3 H2O＜NH3＜CO2 sp2、sp3、sp 3d104s1 正四面体 CCl4 SO42- 4 该晶体和金刚石均为原子晶体，该晶体中的C-N键的键长比金刚石中的C-C键的键长短，键能大，故硬度大

【解析】

（1）处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用电子云形象化描述。基态14C的核外电子排布是1s22s22p2，1s和2s上的两个电子自旋状态相反，2p上的两个电子自旋方向相同。故答案为：电子云，2。

（2）①第一电离能是指气态基态电中性原子失去一个电子转化为气态基态正离子时所需要的最低能量。在原子的核外电子排布中，原子轨道全空、半充满和全充满时较为稳定，第ⅤA族的N最外层的轨道半充满， Ne最外层的轨道全充满，都不易失去最外层电子，F的原子半径小于O，失去最外层的一个电子比O困难。故第二周期第一电离能比氧大的元素有N、F、Ne，共3种。

②(NH4)2CO3分解所得的气态化合物里，CO2为直线型结构，键角为180°，NH3和H2O的中心原子都是sp3杂化，NH3中有一对孤电子对，H2O 中有两对孤电子对，所以键角H2O＜NH3，H2O中H—O—H的键角为104.5°，NH3中H—N—H的键角为107°18ˊ，所以三种分子的键角由小到大的顺序为H2O＜NH3＜CO2。

（3）甲基中的碳原子是以单键连了4个原子，构成了四面体结构，是sp3杂化；苯环上的碳原子构成了平面结构，是sp2杂化，氰基的碳原子和氮原子以三键结合，是sp杂化，所以物质中C原子杂化方式是sp2、sp3、sp。

（4）铜原子的价电子布式为3d104s1，BF4-的中心原子B的价层电子对是4对，为sp3杂化，所以其空间构型为正四面体。等电子体是原子总数相同、价电子总数也相同的微粒，所以与BF4-互为等电子体的有CCl4、SO42-。故答案为：3d104s1，正四面体，CCl4、SO42-。

（5）①晶胞中每个C原子和4个氮原子相连，所以C原子的配位数为4。该晶体硬度超过金刚石的原因是该晶体和金刚石均为原子晶体，该晶体中的C-N键的键长比金刚石中的C-C键的键长短，键能大，故硬度大。

②在一个晶胞中有3个碳原子和4个氮原子，所以1个晶胞的质量为g，该晶胞的边长为apm，即a×10-10cm，所以1个晶胞的体积为（a×10-10）3=a3×10-30cm3则该晶体的密度为g·cm-3。