Question

10．氮族元素（Nitrogen group）是元素周期表VA 族的所有元素，包括氮（N）、磷（P）、砷（As）、锑（Sb）、铋（Bi）和Uup共计六种．
（1）氮族元素的外围电子排布式的通式为ns²np³；基态磷原子中，电子占据的最高能层符号为M，该能层具有的原子轨道数为9．
（2）PH₃分子的VSEPR模型为四面体形，键角NH₃＞H₂O（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）氮的最高价氧化物为无色晶体，它由两种离子构成：已知其阴离子构型为平面正三角形，则其阳离子中氮的杂化方式为sp杂化．
（4）从化合物NF₃和NH₃的结构与性质关系比较，回答它们两者如下性质差异原因：
①NF₃的沸点为-129℃，而NH₃的沸点为-33℃，其原因是NH₃分子间存在较强的氢键，而NF₃分子间仅有较弱的范德华力．
②NH₃易与Cu²⁺反应，而NF₃却不能，其原因是F的电负性大于N元素，NF₃中N-F成键电子对偏向于F原子，N原子上的孤对电子难与铜离子形成配离子．
（5）磷化硼是一种受到高度关注的耐磨涂料，它可用作金属的表面保护层，磷化硼晶体的晶胞结构与金刚石类似，磷原子作面心立方最密堆积，则硼原子的配位数为4；已知磷化硼的晶胞边长a=478pm，计算晶体中硼原子和磷原子的核间距（d_B-P）=207pm（保留三位有效数字）．

Answer 1

分析 （1）氮族元素的外围电子为其最外层上s、p能级电子；基态磷原子中，电子占据的最高能层符号为M，该能层有1个s轨道、3个p轨道、5个d轨道；
（2）PH₃分子中P原子价层电子对个数是4且含有一个孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断该分子的VSEPR模型，成键电子对和孤电子对之间的排斥力小于孤电子对之间的排斥力，据此判断键角；
（3）氮的最高价氧化物为N₂O₅，由两种离子构成，其中阴离子构型为平面正三角形，化学式应为NO₃^-，则其阳离子的化学式为：NO₂⁺，其中心原子价电子对数为 2+$\frac{5-1-2×2}{2}$=2，根据价层电子对互斥理论判断原子杂化方式；
（4）①分子晶体中含有氢键的物质熔沸点较高；
②NF₃中N-F成键电子对偏向于F原子，N原子上的孤对电子难与铜离子形成配离子；
（5）磷化硼结构如图所示，该晶胞中B原子为4个、P原子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，每个B原子连接4个P原子，则硼原子的配位数为4；晶体中硼原子和磷原子的核间距（d_B-P）等该晶胞体对角线的 $\frac{1}{4}$，据此计算．

解答 解：（1）氮族元素的外围电子为其最外层上s、p能级电子，则氮族元素外围电子排布式为ns²np³；基态磷原子中，电子占据的最高能层符号为M，该能层有1个s轨道、3个p轨道、5个d轨道，所以有9个轨道，
故答案为：ns²np³；M；9；
（2）PH₃分子中P原子价层电子对个数是4且含有一个孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断该分子的VSEPR模型为四面体形，成键电子对和孤电子对之间的排斥力小于孤电子对之间的排斥力，氨气分子中只含一个孤电子对、水分子中含有两个孤电子对，所以键角，
故答案为：四面体形；＞；
（3）氮的最高价氧化物为N₂O₅，由两种离子构成，其中阴离子构型为平面正三角形，化学式应为NO₃^-，则其阳离子的化学式为：NO₂⁺，其中心原子价电子对数为2+$\frac{5-1-2×2}{2}$=2，根据价层电子对互斥理论判断原子杂化方式为sp，
故答案为：sp杂化；
（4）①NH₃存在氢键，而NF₃只存在分子间作用力，两种作用力前者较强，物质的沸点较高，
故答案为：NH₃分子间存在较强的氢键，而NF₃分子间仅有较弱的范德华力；
②F的电负性大于N元素，NF₃中N-F成键电子对偏向于F原子，N原子上的孤对电子难与铜离子形成配离子，所以NF₃不易与Cu²⁺形成配离子，
故答案为：F的电负性大于N元素，NF₃中N-F成键电子对偏向于F原子，N原子上的孤对电子难与铜离子形成配离子；
（5）磷化硼结构如图所示，该晶胞中B原子为4个、P原子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，每个B原子连接4个P原子，则硼原子的配位数为4；已知磷化硼的晶胞边长a=478pm，则晶胞的体对角线长为$\sqrt{3}$a，晶体中硼原子和磷原子的核间距应为体对角线的$\frac{1}{4}$，所以d_B-P=$\frac{1}{4}$$\sqrt{3}$×478pm=207pm，
故答案为：4；207．

点评 本题考查物质结构和性质，为高频考点，涉及晶胞计算、氢键、键角、微粒空间构型、原子核外电子排布等知识点，侧重考查学生知识应用、计算、空间想象能力，难点是晶胞计算，注意该晶胞中B-P原子核间距，题目难度中等．