Question

【題目】氮和磷元素的單質和化合物在農藥生產及工業制造業等領域用途非常廣泛，請根據提示回答下列問題：

（1）科學家合成了一種陽離子為“N5n+”，其結構是對稱的，5個N排成“V”形，每個N原子都達到8電子穩定結構，且含有2個氮氮三鍵；此后又合成了一種含有“N5n+”化學式為“N8”的離子晶體，其電子式為___，其中的陰離子的空間構型為___。

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

（3）氨(NH3)和膦(PH3)是兩種三角錐形氣態氫化物，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，其分子結構如圖1所示。

①P4S3分子中硫原子的雜化軌道類型為___。

②每個P4S3分子中含孤電子對的數目為___。

（5）某種磁性氮化鐵的晶胞結構如圖2所示，該化合物的化學式為___。若晶胞底邊長為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）高溫超導材料，是具有高臨界轉變溫度(Te)能在液氮溫度條件下工作的超導材料。高溫超導材料鑭鋇銅氧化物中含有Cu3+�；鶓B時Cu3+的電子排布式為[Ar]__；化合物中，稀土元素最常見的化合價是+3，但也有少數的稀土元素可以顯示+4價，觀察下面四種稀土元素的電離能數據，判斷最有可能顯示+4價的稀土元素是___(填元素符號)。

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的電負性強于P，對成鍵電子對吸引能力更強，成鍵電子對離中心原子更近，成鍵電子對之間距離更小，排斥力更大致使鍵角更大，因而PH3的鍵角小于NH3(或氮原子電負性強于磷原子，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結構是對稱的，5個N排成V形，5個N結合后都達到8電子結構，且含有2個N=N鍵，滿足條件的結構為，故“Ns”帶一個單位正電荷。因此化學式為 “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，則其空間構型為直線形。

(2)、N4與白磷的結構類似，因此N2H44+的結構式為，所以1個N2H44+中含有10個σ鍵。

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

(4)①、P4S3分子中硫原子的價層電子對數是4，含有2對孤電子對，雜化軌道類型為sp3；

②、分子中每個P含有1對孤對電子，每個S含有2對孤電子對，則每個P4S3分子中含孤電子對的數為4×1+3×2=10。

(5)、根據均攤法在氮化鐵晶胞中，含有N原子數為2，Fe原子數為，所以氮化鐵的化學式Fe3N，若晶胞底邊長為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)、銅的原子序數是29，基態時Cu3+的電子排布式為[Ar]3d8；根據表中數據可知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價的稀土元素是Ce。