Question

【題目】碳、氮元素是構(gòu)成生物體的主要元素，在動(dòng)植物生命活動(dòng)中起著重要作用。根據(jù)要求回答下列問題：

（1）處于一定空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度分布可用____________形象化描述。在基態(tài)14C原子中，核外存在____________對自旋狀態(tài)相反的電子。

（2）已知：(NH4)2CO32NH3↑+H2O↑+CO2↑

①與氧同周期，且第一電離能比氧大的元素有____________種。

②(NH4)2CO3分解所得的氣態(tài)化合物分子的鍵角由小到大的順序?yàn)?/span>____________（填化學(xué)式）。

（3）物質(zhì)中C原子雜化方式是____________。

（4）配合物[Cu(CH3CN)4]BF4中，銅原子的價(jià)電子布式為____________，BF4-的空間構(gòu)型為___________。寫出與BF4-互為等電子體的一種分子和一種離子的化學(xué)式：___________、___________。

（5）碳元素與氮元素形成的某種晶體的晶胞如圖所示（8個(gè)碳原子位于立方體的頂點(diǎn)，4個(gè)碳原子位于立方體的面心，4個(gè)氮原子在立方體內(nèi)），該晶體硬度超過金剛石，成為首屈一指的超硬新材料。

①晶胞中C原子的配位數(shù)為___________。該晶體硬度超過金剛石的原因是___________。

②已知該晶胞的邊長為apm，阿伏加德羅常數(shù)用NA表示，則該晶體的密度為___________g·cm-3。

Answer 1

【答案】電子云 2 3 H2O＜NH3＜CO2 sp2、sp3、sp 3d104s1 正四面體 CCl4 SO42- 4 該晶體和金剛石均為原子晶體，該晶體中的C-N鍵的鍵長比金剛石中的C-C鍵的鍵長短，鍵能大，故硬度大

【解析】

（1）處于一定空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度分布可用電子云形象化描述。基態(tài)14C的核外電子排布是1s22s22p2，1s和2s上的兩個(gè)電子自旋狀態(tài)相反，2p上的兩個(gè)電子自旋方向相同。故答案為：電子云，2。

（2）①第一電離能是指氣態(tài)基態(tài)電中性原子失去一個(gè)電子轉(zhuǎn)化為氣態(tài)基態(tài)正離子時(shí)所需要的最低能量。在原子的核外電子排布中，原子軌道全空、半充滿和全充滿時(shí)較為穩(wěn)定，第ⅤA族的N最外層的軌道半充滿， Ne最外層的軌道全充滿，都不易失去最外層電子，F的原子半徑小于O，失去最外層的一個(gè)電子比O困難。故第二周期第一電離能比氧大的元素有N、F、Ne，共3種。

②(NH4)2CO3分解所得的氣態(tài)化合物里，CO2為直線型結(jié)構(gòu)，鍵角為180°，NH3和H2O的中心原子都是sp3雜化，NH3中有一對孤電子對，H2O 中有兩對孤電子對，所以鍵角H2O＜NH3，H2O中H—O—H的鍵角為104.5°，NH3中H—N—H的鍵角為107°18ˊ，所以三種分子的鍵角由小到大的順序?yàn)?/span>H2O＜NH3＜CO2。

（3）甲基中的碳原子是以單鍵連了4個(gè)原子，構(gòu)成了四面體結(jié)構(gòu)，是sp3雜化；苯環(huán)上的碳原子構(gòu)成了平面結(jié)構(gòu)，是sp2雜化，氰基的碳原子和氮原子以三鍵結(jié)合，是sp雜化，所以物質(zhì)中C原子雜化方式是sp2、sp3、sp。

（4）銅原子的價(jià)電子布式為3d104s1，BF4-的中心原子B的價(jià)層電子對是4對，為sp3雜化，所以其空間構(gòu)型為正四面體。等電子體是原子總數(shù)相同、價(jià)電子總數(shù)也相同的微粒，所以與BF4-互為等電子體的有CCl4、SO42-。故答案為：3d104s1，正四面體，CCl4、SO42-。

（5）①晶胞中每個(gè)C原子和4個(gè)氮原子相連，所以C原子的配位數(shù)為4。該晶體硬度超過金剛石的原因是該晶體和金剛石均為原子晶體，該晶體中的C-N鍵的鍵長比金剛石中的C-C鍵的鍵長短，鍵能大，故硬度大。

②在一個(gè)晶胞中有3個(gè)碳原子和4個(gè)氮原子，所以1個(gè)晶胞的質(zhì)量為g，該晶胞的邊長為apm，即a×10-10cm，所以1個(gè)晶胞的體積為（a×10-10）3=a3×10-30cm3則該晶體的密度為g·cm-3。