Question

【題目】氮和磷元素的單質(zhì)和化合物在農(nóng)藥生產(chǎn)及工業(yè)制造業(yè)等領(lǐng)域用途非常廣泛，請(qǐng)根據(jù)提示回答下列問(wèn)題：

（1）科學(xué)家合成了一種陽(yáng)離子為“N5n+”，其結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，5個(gè)N排成“V”形，每個(gè)N原子都達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，且含有2個(gè)氮氮三鍵；此后又合成了一種含有“N5n+”化學(xué)式為“N8”的離子晶體，其電子式為___，其中的陰離子的空間構(gòu)型為___。

（2）2001年德國(guó)專家從硫酸銨中檢出一種組成為N4H4(SO4)2的物質(zhì)，經(jīng)測(cè)定，該物質(zhì)易溶于水，在水中以SO42-和N4H44+兩種離子的形式存在。N4H44+根系易吸收，但它遇到堿時(shí)會(huì)生成類似白磷的N4分子，不能被植物吸收。1個(gè)N4H44+中含有___個(gè)σ鍵。

（3）氨(NH3)和膦(PH3)是兩種三角錐形氣態(tài)氫化物，其鍵角分別為107°和93.6°，試分析PH3的鍵角小于NH3的原因___。

（4）P4S3可用于制造火柴，其分子結(jié)構(gòu)如圖1所示。

①P4S3分子中硫原子的雜化軌道類型為___。

②每個(gè)P4S3分子中含孤電子對(duì)的數(shù)目為___。

（5）某種磁性氮化鐵的晶胞結(jié)構(gòu)如圖2所示，該化合物的化學(xué)式為___。若晶胞底邊長(zhǎng)為anm，高為cnm，則這種磁性氮化鐵的晶體密度為__g·cm3(用含a、c和NA的式子表示)

（6）高溫超導(dǎo)材料，是具有高臨界轉(zhuǎn)變溫度(Te)能在液氮溫度條件下工作的超導(dǎo)材料。高溫超導(dǎo)材料鑭鋇銅氧化物中含有Cu3+。基態(tài)時(shí)Cu3+的電子排布式為[Ar]__；化合物中，稀土元素最常見(jiàn)的化合價(jià)是+3，但也有少數(shù)的稀土元素可以顯示+4價(jià)，觀察下面四種稀土元素的電離能數(shù)據(jù)，判斷最有可能顯示+4價(jià)的稀土元素是___(填元素符號(hào))。

幾種稀土元素的電離能(單位：kJ·mol1)

元素	I1	I2	I3	I4
Sc(鈧)	633	1235	2389	7019
Y(銥)	616	1181	1980	5963
La(鑭)	538	1067	1850	4819
Ce(鈰)	527	1047	1949	3547

Answer 1

【答案】 直線形 10 N的電負(fù)性強(qiáng)于P，對(duì)成鍵電子對(duì)吸引能力更強(qiáng)，成鍵電子對(duì)離中心原子更近，成鍵電子對(duì)之間距離更小，排斥力更大致使鍵角更大，因而PH3的鍵角小于NH3(或氮原子電負(fù)性強(qiáng)于磷原子，PH3中P周圍的電子密度小于NH3中N周圍的電子密度，故PH3的鍵角小于NH3) sp3 10 Fe3N ×1021 3d8 Ce

【解析】

(1)、N5結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，5個(gè)N排成V形，5個(gè)N結(jié)合后都達(dá)到8電子結(jié)構(gòu)，且含有2個(gè)N=N鍵，滿足條件的結(jié)構(gòu)為，故“Ns”帶一個(gè)單位正電荷。因此化學(xué)式為 “N8”的離子晶體是由N5+和N3-形成的，電子式為，其中的陰離子和CO2互為等電子體，則其空間構(gòu)型為直線形。

(2)、N4與白磷的結(jié)構(gòu)類似，因此N2H44+的結(jié)構(gòu)式為，所以1個(gè)N2H44+中含有10個(gè)σ鍵。

(3)由于N的電負(fù)性強(qiáng)于P，對(duì)成鍵電子對(duì)的吸引能力更強(qiáng)，成鍵電子對(duì)離中心原子更近，成鍵電子對(duì)之間距離更小，排斥力更大致使鍵角更大，因而PH3的鍵角小于NH3。

(4)①、P4S3分子中硫原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)是4，含有2對(duì)孤電子對(duì)，雜化軌道類型為sp3；

②、分子中每個(gè)P含有1對(duì)孤對(duì)電子，每個(gè)S含有2對(duì)孤電子對(duì)，則每個(gè)P4S3分子中含孤電子對(duì)的數(shù)為4×1+3×2=10。

(5)、根據(jù)均攤法在氮化鐵晶胞中，含有N原子數(shù)為2，Fe原子數(shù)為，所以氮化鐵的化學(xué)式Fe3N，若晶胞底邊長(zhǎng)為a nm，高為c nm，則晶胞的體積是，所以這種磁性氮化鐵的晶體密度為。

(6)、銅的原子序數(shù)是29，基態(tài)時(shí)Cu3+的電子排布式為[Ar]3d8；根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知Ce的第三電離能與第四電離能相差最小，所以最有可能顯示+4價(jià)的稀土元素是Ce。