Question

【題目】O2、O3、N2、N4是氧和氮元素的幾種單質(zhì)。回答下列問題：

（1）O原子中價電子占據(jù)的軌道數(shù)目為______________。

（2）第一電離能I1：N__________O(填“＞”或“＜”)，第二電離能I2：O大于N的原因是_________________。

（3）O3的空間構(gòu)型為__________________；分子中存在大π鍵，可用符號Π表示，其中m表示形成的大π鍵的原子數(shù)，n表示形成的大π鍵的電子數(shù)，則O3中大π鍵應(yīng)表示為___________________________________。

（4）N元素的簡單氣態(tài)氫化物NH3在H2O中溶解度很大，其原因之一是NH3和H2O可以形成分子間氫鍵，則在氨水中氫鍵可以表示為H3N…H—N、____________________、__________________________(任寫兩種即可)。

（5）已知：表格中鍵能和鍵長數(shù)目。

化學(xué)鍵	鍵長/pm	鍵能/(kJ·mol－1)
N-N	145	193
N=N	125	418
N≡N	110	946

N2和N4都是N元素的單質(zhì)，其中N4是正四面體構(gòu)型，N原子占據(jù)四面體的四個頂點，從鍵參數(shù)角度分析N4分子穩(wěn)定性遠小于N2原因是________________________。

（6）Na2O的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，X表示O2－，Y表示Na＋，則O2－的配位數(shù)為____________，該晶胞的原子空間利用率為_____________。[已知該晶胞的棱長為a pm，r(Na＋)＝x pm，r(O2－)＝y pm]

Answer 1

【答案】4 ＞ 失去一個電子后O＋的2p處于半充滿狀態(tài)，更加穩(wěn)定，再失去一個電子消耗能量更高 V形 極性 H3N…H-O、H2O…H-N、H2O…H-O(任寫兩種) N4中N-N鍵鍵能小于N2中的N≡N鍵鍵能，鍵長大于N≡N鍵鍵長 8 ×100%

【解析】

（1）O位于周期表中第2周期第ⅥA族；

（2）根據(jù)軌道中電子處于全滿、全空、半滿時較穩(wěn)定，再失去電子需要的能量較大來分析；

（3）中心為O，根據(jù)VSEPR理論判斷空間構(gòu)型，分子中正負電荷中心重合為非極性分子，不重合為極性分子，根據(jù)O的分子結(jié)構(gòu)分子其離域大π鍵構(gòu)型；

（4）NH3和H2O可以形成分子間氫鍵，N和O的電負性較大，可以形成分子間氫鍵，增大溶解度；

（5）根據(jù)鍵能大小分析分子的穩(wěn)定性；

（6）根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)圖分析，O2－做面心立方最密堆積，Na＋做四面體填隙，從上底面面心的O2－分析其配位數(shù)，晶胞的空間利用率為V球/V晶胞×100%。

（1）O位于周期表中第2周期第ⅥA族，則O原子中價電子排布式為2s22p4，占據(jù)4個軌道；

（2）N價層為2s22p3，O價層為2s22p4，N的2p能級為半滿結(jié)構(gòu)，比較穩(wěn)定，則第一電離能I1：N＞O；N和O均失去一個電子后，N價層為2s22p2，O價層為2s22p3，O＋的2p能級半滿，比較穩(wěn)定，所以第二電離能I2：N＜O；原因是：失去一個電子后O＋的2p處于半充滿狀態(tài)，更加穩(wěn)定，再失去一個電子消耗能量更高；

（3）中心為O，根據(jù)VSEPR理論，價電子對數(shù)為VP=BP+LP=2+（6-2×2）/2=3，VSEPR模型為平面三角形，由于一對孤電子對占據(jù)平面三角形的一端，所以其空間構(gòu)型為V形；分子中正負電荷中心不重合，為極性分子；分子中存在的大π鍵，中心O為sp2雜化，2s、兩個2p發(fā)生雜化，剩余一個p軌道留有一對電子，端位O原子的各取一個帶有單電子的p軌道形成3中心4電子的離域大π鍵，記為；

（4）NH3和H2O可以形成分子間氫鍵，N和O的電負性較大，可以形成分子間氫鍵，增大溶解度，形成的氫鍵可以為：H3N…H-O，H2O…H-N（或H2O…H-O），故答案為：H3N…H-O；H2O…H-N（或H2O…H-O）；

（5）根據(jù)鍵能大小，N4中N-N鍵能小于N2中的N≡N，鍵長大于N≡N，鍵能越小，分子越活潑，越不穩(wěn)定；

（6）根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)圖分析，O2－做面心立方最密堆積，Na＋做四面體填隙，從上底面面心的O2－分析，周圍等距且最近的Na＋有8個，所以O2－的配位數(shù)為8，一個晶胞中含有O2－的數(shù)目為8×1/8+6×1/2=4個，含有Na＋的數(shù)目為8個，所以一個晶胞中V球=4×πr3(O2－)+8×πr3(Na＋)=πy3＋πx3，晶胞的棱長為a，所以晶胞體積為V晶胞=a3，所以晶胞的空間利用率為×100%=×100%。