《2025年学霸高考黑题化学人教版》

巩固训练6 (2025·北京二模) 氮及其化合物在能源领域应用广泛。
(1)N₂非常稳定，通常只能与电离能小的Li、Mg等金属元素形成离子化合物。
①基态N原子价层电子排布式为2s²2p³。
②Li₃N、Mg₃N₂在水中均能产生NH₃。NH₃分子的空间结构为三角锥形，解释原因：NH₃的VSEPR模型为四面体形，含一个孤电子对，略去孤电子对，NH₃的空间结构为三角锥形(NH₃中N采取sp³杂化，其中一个sp³杂化轨道被一个孤电子对占据)。

(2)我国科学家成功合成五氮阴离子盐(N₅)₆(H₃O)₃(NH₄)₄Cl(N₅⁻可表示为)，局部结构示意图如下所示。
①H₃O⁺中O和NH₄⁺中N均为sp³杂化，比较H₃O⁺中H—O—H键角和NH₄⁺中H—N—H键角大小并解释原因：H₃O⁺有孤电子对，NH₄⁺无孤电子对。孤电子对有较大斥力，使H—O—H键角小于H—N—H。
②NH₄⁺对于N₅⁻的稳定存在有重要作用。NH₄⁺与N₅⁻的作用力类型有离子键、氢键。
(3)通过Mg₃N₂、MgO与Mg的循环转化，可实现由N₂、H₂O与CH₄合成NH₃、CO与H₂。合成过程与Mg、MgO的晶胞结构示意图如下。

①若Mg和MgO的晶胞体积分别为$V_{1}$ nm³和$V_{2}$ nm³，则Mg和MgO的密度之比为3V₂∶10V₁。
②合成NH₃、CO与H₂的总反应方程式是3CH₄ + N₂ + 3H₂O = 3CO + 2NH₃ + 6H₂。

答案： 巩固训练6
(1)①2s²2p³　②NH₃的VSEPR模型为四面体形，含一个孤电子对，略去孤电子对，NH₃的空间结构为三角锥形(NH₃中N采取sp³杂化，其中一个sp³杂化轨道被一个孤电子对占据)
(2)①H₃O⁺有孤电子对，NH₄⁺无孤电子对。孤电子对有较大斥力，使H—O—H键角小于H—N—H　②离子键、氢键
(3)①3V₂∶10V₁　②3CH₄ + N₂ + 3H₂O = 3CO + 2NH₃ + 6H₂
解析：
(1)①N是7号元素，基态N原子价层电子排布式为2s²2p³。②NH₃中N原子价电子对数为3 + $\frac{5 - 1×3}{2}$ = 4，VSEPR模型为四面体形，含一个孤电子对，所以NH₃的空间结构为三角锥形。
(2)①H₃O⁺中O原子有1个孤电子对，NH₄⁺中N原子无孤电子对。孤电子对有较大斥力，使H—O—H键角小于H—N—H。②NH₄⁺对于N₅⁻的稳定存在有重要作用。NH₄⁺与N₅⁻存在离子间的静电作用，即NH₄⁺与N₅⁻存在离子键，NH₄⁺中存在N—H键，NH₄⁺与N₅⁻可以形成氢键，所以作用力类型有离子键、氢键。
(3)①根据Mg的晶胞结构，镁位于晶胞的顶角和体心，1个晶胞中含有2个Mg原子，根据MgO的晶胞结构，镁位于晶胞的顶角和面心，1个晶胞中含有4个Mg、4个O，若Mg和MgO的晶胞体积分别为V₁ nm³和V₂ nm³，Mg的密度为$\frac{2×24}{V_1×10^{-21}×N_A}$g·cm⁻³，MgO的密度为$\frac{4×40}{V_2×10^{-21}×N_A}$g·cm⁻³，则Mg和MgO的密度之比为3V₂∶10V₁。②根据图示，甲烷、氮气、水合成NH₃、CO与H₂，总反应方程式是3CH₄ + N₂ + 3H₂O = 3CO + 2NH₃ + 6H₂。