Question

【题目】N、Fe是两种重要的元素，其单质及化合物在诸多领域中都有广泛的应用。

（1）基态N 原子最高能级的电子云轮廓图形状为_____________；N原子的第一电离能比O原子的大，其原因是_________________________，基态铁原子的价电子排布图为_______

（2）在高压下氮气会发生聚合得到高聚氮，晶体结构如图所示。晶体中每个氮原子与另外三个氮原子结合形成空间网状结构。氮原子的杂化轨道类型为_________。这种高聚氮N-N 键的键能为160kJ/mol，而N2 的键能为942kJ/mol，其可能潜在的应用是______________________。

（3）叠氮化钠和氢叠氮酸(HN3)已一步步进入我们的生活，如汽车安全气囊等。

①写出与N3-属于等电子体的一种分子__________（填分子式）。

②氢叠氮酸(HN3)可由肼(N2H4)被HNO2氧化制得，同时生成水。下列叙述错误的是___（填标号）

A．上述生成HN3的化学方程式为：N2H4+HNO2= HN3+2 H2O

B．NaN3的晶格能大于KN3的晶格能

C．氢叠氮酸(HN3)和水能形成分子间氢键

D．HN3和N2H4都是由极性键和非极性键构成的非极性分子。

E．HN3分子中四个原子可能在一条直线上

（4）某种离子型铁的氧化物晶胞如图所示，它由A、B方块组成。则该化合物中Fe2+、Fe3+、O2-的个数比为______(填最简整数比)；已知该晶体的密度dg/cm3,阿伏加德罗常数的值为NA，则晶胞参数为______nm(用含d和NA的代数式表示)。

（5）一种铁、碳形成的间隙化合物的晶体结构如图所示，其中碳原子位于铁原子形成的八面体的中心。每个铁原子又为两个八面体共用。则该化合物的化学式为_______。

Answer 1

【答案】哑铃形(纺锤形) N原子的2P轨道电子处半充满状态，比较稳定， sp3 制炸药(或高能燃料) CO2或N2O DE 1:2:4 Fe3C。

【解析】

（1）N原子最高能级是2p能级；N原子的2P轨道电子处半充满状态，比较稳定；基态铁原子价电子排布式为3d64s2；

（2）氮原子价层电子对个数=σ键个数+孤电子对个数=3+=4，氮原子的杂化轨道类型为sp3；这种高聚氮N-N 键的键能为160kJ/mol，而N2的键能为942kJ/mol，其可能潜在的应用是制炸药(或高能燃料)；

（3）①N3-有3个原子和16个价电子，故与N3-属于等电子体的分子有CO2或N2O；

②氢叠氮酸(HN3) 可由肼(N2H4)被HNO2氧化制得，同时生成水。

（4）A含有1.5个亚铁离子、4个氯离子，B含有0.5个亚铁离子、4个氧离子、4个铁离

子；

晶胞含有Fe2+、Fe3+、O2-的个数分别是为4、8、16，它们的相对质量之和是8×232，根据m=V计算；

（5）根据均摊原则每个铁原子又为两个八面体共用，所以铁与碳原子数比是6：1=3：1。

（1）N为7号元素，基态N 原子的核外电子排布式是1s22s22p3；最高能级2p能级的电子云轮廓图形状为哑铃形(纺锤形)；N原子的2P轨道电子处半充满状态，比较稳定，故N原子的第一电离能比O原子的大；

Fe是26号元素，其原子核外有26个电子，其价电子排布式为3d64s2，故基态铁原子的价电子排布图为：；

故答案为：哑铃形(纺锤形)；N原子的2P轨道电子处半充满状态，比较稳定；；

（2）每个氮原子最外层均满足8电子稳定结构，N原子的最外层有5个电子，可形成3个共价键，价层电子对个数=σ键个数+孤电子对个数=3+=4，氮原子的杂化轨道类型为sp3；这种高聚氮N-N 键的键能为160kJ/mol，而N2的键能为942kJ/mol，其可能潜在的应用是制炸药(或高能燃料)；

故答案为：sp3；制炸药(或高能燃料)；

（3）①N3-有3个原子和16个价电子，故与N3-属于等电子体的分子有CO2或N2O；

②氢叠氮酸(HN3) 可由肼(N2H4)被HNO2氧化制得，同时生成水。

A．上述生成HN3的化学方程式为：N2H4+HNO2= HN3+2H2O，A正确；

B．钠离子的半径小于钾离子，故NaN3的晶格能大于KN3的晶格能，B正确；

C．氢叠氮酸(HN3)和水能形成分子间氢键，C正确；

D．HN3是极性分子，N2H4是非极性分子，D不正确；

E．HN3分子结构示意图为，靠近H原子的第1个N原子是sp2杂化的，第二个N原子是sp杂化的，端位的N原子不杂化，故四个原子不在一条直线上，E不正确。综上所述，叙述错误的是DE 。

故答案为：CO2或N2O；DEspan>；

（4）A含有1.5个亚铁离子、4个氯离子，B含有0.5个亚铁离子、4个氧离子、4个铁离

子，则该氧化物中Fe2+、Fe3+、O2-的个数比为1:2:4。

晶胞含有Fe2+、Fe3+、O2-的个数分别是为4、8、16，它们的相对质量之和是8×232，根据m=V可得8×232g= dg/cm3a3NA，a=107nm；

故答案为：1:2:4；107；

（5）根据均摊原则每个铁原子又为两个八面体共用，所以铁与碳原子数比是6：1=3：1，

则该化合物的化学式为Fe3C；

故答案为：Fe3C。