Question

【題目】（1）許多金屬元素有焰色反應，金屬存在焰色反應的原因是___________________________。

（2）基態鋁原子中，有______種電子運動狀態，其中p軌道的電子云輪廓圖的形狀為_______。

（3）我國科學家最近成功合成了世界上首個五氮陰離子鹽(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(用R代表)。經X射線衍射測得化合物R的晶體結構，其局部結構如圖所示。

①圖中R中陽離子是______(填寫化學式)，相對分子質量較大的陽離子中心原子的雜化類型是____。

②圖中R中陰離子N5-中的σ鍵總數為___________個。分子中的大π鍵可用符號表示，其中m代表參與形成大π鍵的原子數，n代表參與形成大π鍵的電子數(如苯分子中的大π鍵可表示為)，則N5- 中的大π鍵應表示為___________。

（4）氮與鋁之間形成化合物X，具有耐高溫抗沖擊等性能。X的晶體結構如圖所示。

①已知氮化硼與X晶體類型相同，推測氮化硼的熔點比X的熔點___________(填“高”、“低“ ) ，可能的原因是_________________________________________。

②若X的密度為ρg·cm-3，則晶體中最近的兩個Al原子的距離為___________cm。(阿伏加德羅常數的值用NA表示)

Answer 1

【答案】 高能級上的電子躍遷到低能級釋放能量 13 紡錘形或啞鈴型 NH4+、H3O+ sp3 5 高 氮化硼中的共價鍵能大于氮化鋁中的鍵能 ××

【解析】（1）當含某金屬元素的物質在火焰上灼燒時，焰色反應原子中的電子吸收了能量，從能量較低的軌道躍遷到能量較高的軌道，但處于能量較高軌道上的電子是不穩定的，很快躍遷回能量較低的軌道，同時將多余能量以光的形式釋放，而放出的光的波長在可見光范圍內，所以能使火焰呈現一定的顏色，故答案為：高能級上的電子躍遷到低能級釋放能量。

（2）同一原子中不可能有4個量子數完全相同的電子，即同一原子中不可能有運動狀態完全相同的電子存在，基態鋁原子有13個電子，因此有13種電子運動狀態；不同軌道的電子云形狀不同，p軌道的電子云輪廓圖的形狀為紡錘形或啞鈴型。

（3）①由已知，五氮陰離子鹽(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(用R代表)，結合其局部結構圖可得，R中陽離子是NH4+和H3O+；其中相對分子質量較大的陽離子是NH4+，中心原子為氮原子，含有4個σ鍵，無孤對電子，為sp3雜化。②如圖所示R中陰離子N5-中的σ鍵總數為5個，根據已知信息，N5-中參與形成大π鍵的原子數為5，形成大π鍵的電子數為6，所以N5-中的大π鍵應表示為： 。

（4）①根據X耐高溫的性質及氮化硼與X晶體類型相同，可知它們都是原子晶體，根據X的晶體結構圖可知，晶胞中含有氮原子數為4，含有鋁原子數為：8×+6×=4，所以X為AlN，氮化硼與AlN相比，硼原子半徑比鋁原子半徑小，所以鍵能就大，所以氮化硼的熔點比AlN高。②由前面分析、計算可得，晶胞中含有4個N和4個Al，所以晶胞質量為： g=g，因為密度為ρg·cm-3，所以晶胞棱長為： ；以立方體上面面心的Al原子(白球)為例，該Al原子所在面上的頂點處Al原子與其距離都是最近的，為晶胞棱長的倍，所以晶體中最近的兩個Al原子的距離為×cm。