Question

6．氮、磷、砷是同族元素，該族元素單質及其化合物在農藥、化肥等方面有重要應用．請回答下列問題．
（1）氮與元素周期表同周期的相鄰元素的第一電離能由小到大的順序為C＜O＜N．
（2）與陰離子（CN-）互為等電子體的兩種分子有N₂、CO．
（3）氨水溶液中存在多種氫鍵，任表示出其中兩種O-H…N、N-H…O（或O-H…O、N-H…N）．
（4）H₃P0₄的K₁、K₂、K₃分別為7.6×10^-3、6.3×10^-8、4.4×10^-13．硝酸完全電離，而亞硝酸K=5.1×10^-4，請根據結構與性質的關系解釋：
①H₃PO₄的K₁遠大于K₂的原因是第一步電離生成的負離子較難再進一步電離出帶正電荷的H⁺．
②硝酸比亞硝酸酸性強的原因是硝酸中非羥基氧是兩個，亞硝酸非羥基O是一個，非羥基氧越多酸性越強．
（5）X⁺中所有電子正好充滿K、L、M三個電子層，它與N^3-形成的晶體結構如圖所示．X的核外電子排布式為ls²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹與同一個N^3-相連的X⁺有6 個．
（6）X的高價陽離子（X²⁺）在水溶液中存在離子[X（H₂O）₄]²⁺，則X²⁺與H₂O之間的鍵型為配位鍵該化學鍵能形成的原因是H₂0能提供孤對電子，Cu²⁺能接受孤對電子（或Cu²⁺有空軌道）請畫出[X（H₂O）₄]²⁺離子的結構式（用元素符號寫結構式）．

Answer 1

分析 （1）同一周期元素自左而右第一電離能呈增大趨勢，但N元素原子2p能級是半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素，據此進行判斷；
（2）將CN^-中C原子及1個負電荷換成1個N原子，可得等電子體N₂，將N原子及1個負電荷換成1個O原子，可得等電子體CO；
（3）N元素與O元素的電負性都很強，不同分子中的N原子、O原子與H原子之間都可以形成氫鍵；
（4）①根據磷酸第一步電離出氫離子后變?yōu)殛庪x子，陰離子難電離出帶正電荷的氫離子分析；
②根據硝酸、亞硝酸分子中非羥基氧的數目判斷；
（5）X⁺中所有電子正好充滿K、L、M三個電子層，X原子核外電子數=2+8+18+1=29，則X為Cu元素，該晶胞中白色小球=8×$\frac{1}{8}$=1，黑色小球=12×$\frac{1}{4}$=3，N^3-帶3個單位負電荷、Cu⁺帶1個單位正電荷，所以形成的化合物為Cu₃N，則白色小球表示N^3-、黑色小球表示Cu⁺，根據晶胞結構圖可判斷與同一個N^3-相連的X⁺的數目；
（6）Cu²⁺有空軌道，Cu²⁺能接受孤對電子，H₂0能提供孤對電子，所以能形成配位鍵；[X（H₂O）₄]²⁺為[Cu（H₂O）₄]²⁺離子，據此畫出其結構式．

解答 解：（1）C、N、O元素是同一周期相鄰元素，同一周期元素自左而右第一電離能呈增大趨勢，但N元素原子2p能級是半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素，故第一電離能C＜O＜N，
故答案為：C＜O＜N；
（2）將CN^-中C原子及1個負電荷換成1個N原子，可得等電子體N₂，將N原子及1個負電荷換成1個O原子，可得等電子體CO，
故答案為：N₂；CO；
（3）N元素與O元素的電負性都很強，不同分子中的N原子、O原子與H原子之間都可以形成氫鍵，如O-H…N、N-H…O、O-H…O、N-H…N，
故答案為：O-H…N；N-H…O（或O-H…O、N-H…N）；
（4）①磷酸第一步電離出氫離子后變?yōu)殛庪x子，陰離子難電離出帶正電荷的氫離子，所以H₃PO₄的K₁遠大于K₂，
故答案為：第一步電離生成的負離子較難再進一步電離出帶正電荷的H⁺；
②由于硝酸中非羥基氧是兩個，亞硝酸非羥基O是一個，非羥基氧越多酸性越強，所以硝酸比亞硝酸酸性強，
故答案為：硝酸中非羥基氧是兩個，亞硝酸非羥基O是一個，非羥基氧越多酸性越強；
（5）X⁺中所有電子正好充滿K、L、M三個電子層，X原子核外電子數=2+8+18+1=29，則X為Cu元素，Cu元素是29號元素，原子核外電子數為29，核外電子排布式為ls²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹；
該晶胞中白色小球=8×$\frac{1}{8}$=1，黑色小球=12×$\frac{1}{4}$=3，N^3-帶3個單位負電荷、Cu⁺帶1個單位正電荷，所以形成的化合物為Cu₃N，則白色小球表示N^3-、黑色小球表示Cu⁺，同一個N^3-相連的Cu⁺有6個，
故答案為：ls²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹；X⁺與N^3-形成的晶體化學式是Cu₃N，因此白球是N^3-，所以與同一個N^3-相連的X⁺有6個；
（6）Cu²⁺與H₂O與之間的化學鍵類型為配位鍵，Cu²⁺有空軌道，Cu²⁺能接受孤對電子，H₂0能提供孤對電子，所以能形成配位鍵；
[X（H₂O）₄]²⁺離子為[Cu（H₂O）₄]²⁺，[Cu（H₂O）₄]²⁺離子中含有配位鍵，其結構式為：，
故答案為：配位鍵；H₂0能提供孤對電子，Cu²⁺能接受孤對電子（或Cu²⁺有空軌道）；．

點評 本題考查了配合物的成鍵情況、電離能、氫鍵、電子排布式等知識，題目難度中等，注意掌握電離能大小比較方法及配合物的成鍵情況，明確氫鍵、電子排布式的表示方法，試題知識點較多、綜合性較強，充分考查了學生的分析、理解能力及靈活應用能力．