Question

【题目】氮、磷、砷、铁等元素及其化合物在现代农业、科技、国防建设中有着许多独特的用途。

(1)基态砷原子中核外电子占据最高能层的符号为_______，该能层的原子轨道数有_____ 个。下列有关表示基态氮原子的电子排布图中，仅违背洪特规则的是________(填字母)。

A. B.

C. D.

(2)氮的一种氢化物 N2H4 是一种良好的火箭发射燃料，传统制备肼的方法是：NaClO+2NH3=N2H4+NaCl+H2O，又知肼的熔点、沸点分别为1.4 ℃、113.5 ℃，氨气的熔点、沸点分别为-77.7 ℃、-33.5 ℃。

①N2H4中氮原子的杂化轨道类型为_______杂化。

②H2O的VSEPR模型为______。

③肼与氨气熔点、沸点差异最主要的原因是_________________。

(3)氨分子是一种常见配体，配离子[Co(NH3)6]3+中存在的化学键有___________ (填序号)。

A．离子键 B．极性键 C．配位键 D．氢键 E．金属键

(4)已知[Co(NH3)6]3+的几何构型为正八面体形，推测[CoCl3(NH3)3]结构有__________种。

(5)LiFeAs可组成一种新型材料，其立方晶胞结构如图所示。若晶胞参数为 a nm，A、B 处的两个As原子之间距离=______nm，请在z轴方向投影图中画出铁原子的位置，用“ ”表示__________。

Answer 1

【答案】N 16 B sp3 四面体形 N2H4分子间氢键数目多于NH3分子间氢键数目 BC 2

【解析】

(1)As原子序数是33，位于元素周期表第四周期第VA，根据能层序号判断；结合每个能层具有的能级种类及各种能级具有的轨道数目确定；根据原子核外电子排布遵循的规律分析判断；

(2)根据价层电子对互斥理论判断N2H4的杂化轨道类型及H2O的VSEPR模型；结合分子之间的分子间作用力和氢键的数目分析；

(3)配体与中心离子之间存在配位键，配体分子中存在共价键；据此分析；

(4)[Co(NH3)6]3+的几何构型为正八面体形，Co3+位于正八面体几何中心，6个NH3分别位于正八面体形的6个顶点上，其中3个NH3换为Cl-就得到[CoCl3(NH3)3]；

(5)根据LiFeAs晶胞中各个原子的相对位置分析解答。

(1)As原子序数是33，位于元素周期表第四周期第VA，原子核外具有四个能层，核外电子排布时按能层能量由低到高顺序排列依次是K、L、M、N、O、P、Q，所以基态砷原子中核外电子占据最高能层的符号为N；第四能层含有4s、4p、4d、4f四种能级，各种能级分别含有的轨道数目为1、3、5、7，所以该能层的原子轨道数有1+3+5+7=16个；

A.2s轨道的能量比2p轨道的能量低，违背能量最低原理，A不符合题意；

B.电子在同一能级不同的原子轨道上排布时，电子总是尽可能分占不同的原子轨道且自旋方向相同，违背洪特规则，B符合题意；

C. 遵循核外电子排布规律，C不符合题意；

D.同一轨道上不可能存在自旋方向相同的电子，违背泡利原理，D不符合题意；

故答案选B；

(2)①在N2H4中N原子形成3个σ键且N原子上还有1对孤电子对，价层电子对数是4，所以N原子杂化轨道类型是sp3杂化；

②H2O中O原子价层电子对数为2+=4，所以其VSEPR模型为四面体形；

③N2H4、NH3都是由分子构成的分子晶体，在分子之间都存在分子间作用力，由于都含有N—H键，N元素的非金属性强、原子半径小，所以二者的分子之间还都存在氢键，增加了分子间作用力，但由于N2H4分子间氢键数目多于NH3分子间氢键数目，所以克服氢键和分子间作用力使物质熔化、气化需要较高的能量，因此肼的熔点、沸点比氨气高；

(3)氨分子是一种常见配体，配离子[Co(NH3)6]3+中NH3与Co3+之间存在配位键；在NH3中N、H原子之间存在极性共价键N-H键，所以[Co(NH3)6]3+中的化学键有配位键、极性共价键，答案选BC；

(4)[Co(NH3)6]3+为正八面体，Co3+位于正八面体几何中心，其中一个NH3分子换成Cl-后结构中有2种位置不同NH3，所以若将[Co(NH3)6]3+中的3个NH3换成Cl-，就得到2种不同结构的[CoCl3(NH3)3]；

(5)根据晶胞示意图可知晶胞中含有4个As原子，4个As原子构成一个正四面体，A、B两个As原子之间距离为面对角线长度的一半，由于晶胞参数为 a nm，则面对角线长度为a nm，所以A、B两个As原子之间距离= nm；在该晶体中Li、As原子在span>z轴方向投影重叠，Fe原子位于晶胞的8个顶点、8个棱心和2个面心，Fe原子在z轴方向投影位于顶点上、棱中心和面心上，投影示意图为。