2017年1月27日,南京理工大学胡炳成教授团队成功合成世界上首个全氮阴离子盐,...

2017年1月27日,南京理工大学胡炳成教授团队成功合成世界上首个全氮阴离子盐,这使我国在高储能材料研制上达到世界先进水平。

(1)基态氮原子核外两种不同自旋状态的电子数之比为________________。

(2)氮的单质除了N2外,还有N4、N6、N8等,现有两种结构的N4分子A和B,A的分子结构与白磷相似,其分子构型为________________;B分子中4个氮原子在同一平面上，氮原子的杂化方式为________________。

(3)全氮阴离子最先制得的是N3-,写出与N3-互为等电子体的两种分子的化学式________________。

(4)试从物质结构与性质的角度解释全氮化合物爆炸时可释放巨大能量的主要原因________________。

(5)全氮阴离子N5-为平面正五边形,称为五唑氮离子,每个N5-离子内有___个π电子，五唑氮的钠盐、钾盐很不稳定。胡教授团队合成的盐为(H3O)4(NH4)2(N5)5Cl,这种盐分解温度高达116.8℃。该盐热稳定性好的主要原因是________________。

(6)六方氮化硼晶体结构与石墨晶体相似,层间相互作用力为___________。六方氮化硼在高温高压下,可以转化为立方氮化硼。立方氮化硼的结构和硬度都与金刚石相似，晶胞边长为361.5pm,立方氮化硼的密度是______g/cm3(只要求列算式)。

2∶5(或5∶2) 正四面体形 sp2杂化 CO2 N2O 全氮化合物爆炸生成氮气，氮分子中含有氮氮三键，键能很大，非常稳定 6 五唑氮离子(N5-)与H3O+、NH4+之间既形成离子键，又形成大量的氢键，提高了分解的能量分子间作用力(或范德华力) 【解析】(1) 氮原子核电荷数为7，核外电子排布为1s22s22p3，基态核外两种不同自旋状态的电子数之比为2∶5(或5∶2)；正确答案：2∶5(或5∶2)。 (2) 白磷为正四面体结构，A的分子结构与白磷相似,其分子构型为正四面体形；分子中4个氮原子在同一平面上，氮氮之间即存在为双键，也存在单键，所以价层电子对数为2+1=3，氮原子的杂化方式为sp2杂化；正确答案：正四面体形；sp2杂化。（3）等电子体是指具有原子总数相同、电子总数相同的微粒，与N3-互为等电子体的两种分子可以是CO2 和N2O；正确答案：CO2 和N2O。 (4)全氮化合物爆炸时可释放巨大能量的主要原因：全氮化合物爆炸生成氮气，氮分子中含有氮氮三键，键能很大，非常稳定；正确答案：全氮化合物爆炸生成氮气，氮分子中含有氮氮三键，键能很大，非常稳定。 (5) N5-的大π键上除了有5个N自身的p电子外,还有这个分子簇成为阴离子所获得的电子,所以总共有6个π电子；盐(H3O)4(NH4)2(N5)5Cl分解温度高达116.8℃，该盐热稳定性好的主要原因是：五唑氮离子(N5-)与H3O+、NH4+之间既形成离子键，又形成大量的氢键，提高了分解的能量；正确答案：6；五唑氮离子(N5-)与H3O+、NH4+之间既形成离子键，又形成大量的氢键，提高了分解的能量。 (6) 石墨晶体中每一层中碳碳间为共价键，层与层之间为分子间作用力；立方氮化硼的结构和硬度都与金刚石相似，所以晶胞中含有氮原子个数为8×1/8+6×1/2=4，含有硼原子个数为 4，因此，晶胞含有4个氮化硼粒子，晶胞体积为(361.5×10-10)3 cm3，晶胞质量为4×（14+11）/NAg；所以立方氮化硼的密度=（4×25/NA）÷(361.5×10-10)3g/cm3；正确答案：分子间作用力(或范德华力)；（4×25/NA）÷(361.5×10-10)3。

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考点分析：

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氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要应用。

(1)氯胺[NH2Cl(g)]是一种长效缓释含氯消毒剂,有缓慢而持久的杀菌作用,试写出其杀菌过程中与水反应的化学方程式________________。

(2)羟胺(NH2OH)是有机合成的常见还原剂。工业上可用硝酸．硫酸水溶液作电解质进行电解,在汞电极上NO3-可转化为NH2OH,以铂为另一极,则该电解反应的总化学方程式为________________。

(3)银氨溶液是检验醛基的重要试剂,其溶液中存在Ag(NH3)2+(aq)Ag+(aq)+2NH3(aq)。常温下,反应AgCl(s)+2NH3(aq)Ag(NH3)2+(aq)+Cl-(aq)的化学平衡常数K=1.94×10-3,且Ksp(AgCl)=1.76×10-10,则K[Ag(NH3)2+]=________________。

(4)水合肼(N2H4·H2O)常用作锅炉水的除氧剂。N2H4·H2O为二元弱碱，在水溶液中的一级电离方程式表示为N2H4·H2ON2H5++OH-。盐酸肼(N2H6Cl2)是一种可溶性盐，其第一步水解的离子方程式为________________,溶液中离子浓度由大到小的排列顺序为________________。

(5)氨是一种重要的氮肥。工业合成氨反应为：N2(g)+ H2(g)NH3(g),该反应的活化能Ea1=254kJ/mol。

①查阅文献,相关化学键键能数据如下：

化学键	H-H	NN	N-H
E/kJ·mol-1	436	946	391

则反应NH3(g)N2(g)+ H2(g)的活化能Ea2=________________。

②一定条件下,1molN2与3.6molH2在密闭容器中充分反应,测得放出的热量为13.8kJ,则H2的转化率为________________,为提高原料的利用率,工业合成氨应该采取的措施是=________________。

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草酸钴是制作氧化钴和金属钴的原料。一种利用含钴废料（主要成分为Co2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、碳及有机物等）制取CoC2O4的工艺流程如下：：

（1）“550℃焙烧”的目的是除去__________________________________；

（2）“浸出液”的主要成分是_________________________________；

（3）“钴浸出”过程中Co3+转化为Co2+，反应的离子方程式为：____________________；

（4）“净化除杂1”过程中，先在40 ~ 50℃加入H2O2，其作用是：(用离子方程式表示）_____；再升温至80 ~ 85℃，加入Na2CO3溶液，调pH至4.5，“滤渣1”主要成分的是________________。

（5）“净化除杂2”可将钙、镁离子转化为沉淀过滤除去，若所得滤液中c(Ca2+)=1.0×l0-5mol /L，则滤液中c(Mg2+)为____________________ [已知Ksp(MgF2)=7.35×10-11、Ksp(CaF2) =1.05×10-10]。

（6）为测定制得样品的纯度，现称取1.00 g样品，将其用适当试剂转化，得到草酸铵[(NH4)2C2O4]溶液，再用过量稀硫酸酸化，用0.1000 mol/L KMnO4溶液滴定，达到滴定终点时，共用去KMnO4溶液26.00 mL,则草酸钴样品的纯度为__________________________________。