波波化学竞赛工作室第 1 页（共 12 页）http:/hxjs.zhxk.net元素化学元素化学 11：氮与氮的氢化物：氮与氮的氢化物（时间：2.5 小时 满分：100 分）第第一题（题（9 分）分）氮的氢化物拓展氮的氢化物拓展 氮元素与氢元素能形成多种化合物，现有一种 X，在密闭容器中加热使其完全分解，得到 N2和 H2，它们的分压均为反应前 X 压强的 a 倍。1X 的的化学式 （用 a 表示） ； 2如果 a2.5，且 X 为离子晶体，则满足条件的 X 的名称和阴离子的空间构型；3如果 a2，且 X 为分子晶体，核磁共振表明结构中所有 H 原子都完全等价，请画出它 们的全部立体立体结构（用 A、B、C表示） ，并确定哪些是非极性分子。第第二题（题（9 分）分）氰氨化钙的制备、结构与性质氰氨化钙的制备、结构与性质 氰氨化钙（Ca 的质量分数是 50%）是一种多用途的有效肥料，通过 CaCO3为基本原料制 得， 反应如下： CaCO3XAXB XACXCXD XCN2氰氨化钙C （未配平） 1写出 XAXD的化学式；XAXBXCXD2写出氰氨化钙阴离子的等电子体分子的化学式；3写出氰胺化钙彻底水解的反应方程；4在固体化学中，氰氨化钙的阴离子离子呈现异构化。两种异构离子的氢化物都是已知 的（至少在气态） 。画出它们氢化物的结构式；并判断它们的分子内所有原子是否共平面。5上述氢化物气体之一在 pH89，温度为 80条件下，可以双聚成无色结晶固体，该 固体在氨存在下加热至熔点以上可聚合得到三聚体而无质量损失，写出该反应式（用结构式表 示化学分子式）波波化学竞赛工作室第 2 页（共 12 页）http:/hxjs.zhxk.net第第三题（题（10 分）分）推断两种含氮物质的结构推断两种含氮物质的结构 1 多氮化合物均为潜在的高能量密度材料 （HEDM） ， HEDM 可用作火箭推进剂及爆炸物。 1999 年 K.O.Christe 及其同事成功合成了第一个 N5的化合物 N 5AsF 6，它能猛烈的爆炸。光谱数据及量子力学计算结果均表明，在 N5的各种异构体中，V 型结构最为稳定，它有两个较短的末端键和两个较长的中心键。 （1）请写出 V 型结构的 N5的 Lewis 共振式。（2）根据杂化轨道理论，指出每个氮原子的杂化类型。（3）计算中心键的 NN 键级。22001 年，专家从德国一家化肥厂生产出的硫酸铵中检出一种组成为 XY2的物质 A。经 测定，该物质易溶于水，在水溶液中都以空间构型为正四面体的离子存在。阳离子易被植物根 系易吸收，但它遇到碱时会生成一种单质分子 B。 （1）写出 A、B 的化学式；（2） 写出 B 的同素异形体和与 B 具有相似结构的物质；（3）请画出 A 的阳离子的结构； （4）A 能不能与草木及混合使用？为什么？（5）科学界已成功地在液氨中加入强碱（CsOH）和特 殊的吸水剂，使液氨中的 A 合成了 B 分子。请写出该反应的离子方程式。第第四题（题（18 分）分）N2H4的结构、制备与性质的结构、制备与性质 N2H4称为肼或联氨，N2H4和 NH3的关系有如 H2O2和 H2O 的关系。 1N2H4是几元碱，比较 N2H4和 NH3的碱性、还原性及热稳定性的大小；2N2H4的沸点高达 l13，比 C2H6高得多，为什么？3 指出 N2H4中 N 原子的杂化方式， 已知该分子具有极性， 最多会有几个原子共一个平面；波波化学竞赛工作室第 3 页（共 12 页）http:/hxjs.zhxk.net425时水溶液中肼与强酸反应结合一个质子的平衡常数为 3.0108。求 N 2H4的碱式 电离常数 Kb及其共轭酸的酸式电离常数 Ka；5传统制备肼的方法，是以 NaClO 氧化 NH3，制得肼的稀溶液。该反应的离子方程式；6写出碱性介质中 N2H4在原电池负极上所发生的电极反应方程式。7写出碱性介质中 N2H4在原电池正极上所发生的电极反应方程式。8N2H4可用来除去高压锅炉中溶解的氧，写出反应方程式；9N2H4在水溶液中还原 Ag为单质 Ag，写出反应方程式；10写出 H2SO4介质中 N2H4与高锰酸钾反应的化学方程式；11 N2H4在一定条件下热分解， 产生NH3、 N2和 H2， 后两者摩尔比为32， 写出反应方程式。12发射火箭时 N2H4为燃料，双氧水作氧化剂，两者反应生成氮气和气态水。已知 3.2gN2H4(l)在上述反应中放出 64.22kJ 的热量，写出该反应的热化学方程式；13 根据 N2H4与 H2O2的反应， 你认为是否可以通过改变反应条件， 由 N2和水来制取 N2H4， 若能，指出可能的反应条件；若不能，请指出原因。14不对称二甲基肼与 N2O4反应也可用作火箭的推进燃料，写出反应方程式。第第五题（题（9 分）分）羟胺的制备结构与性质羟胺的制备结构与性质 羟胺（NH2OH）熔点33.05，沸点56.5，是有机合成上最常用的还原剂，工业上可电解 硝酸制得，羟胺盐酸盐在工业上用途非常广泛。 1写出电解硝酸时在电极上生成羟胺的电极反应方程式；2写出能体现羟胺弱碱性的离子方程式；波波化学竞赛工作室第 4 页（共 12 页）http:/hxjs.zhxk.net3羟胺能还原溴化银，写出该反应的化学方程式；4酸性条件下羟胺能将硫酸亚铁氧化，写出反应的离子方程式；5系统命名右图所示物质。6羟胺和用同位素标记氮原子（N*）的亚硝酸在不同介质中 发生反应，方程式如下：NH2OHHN*O2AH2O NH2OHHN*O2BH2O A、B 脱水都能形成 N2O，由 A 得到 N*NO 和 NN*O，而由 B 只得到 NN*O。 请分别写出 A 和 B 的路易斯结构式。 AB第第六题（题（9 分）分）HN3、N3的结构、制备与性质的结构、制备与性质HN3称为叠氮酸，N3是类卤离子。1 写出与 N3互为等电子体的分子， 写出 N 3的空间构型和结构式， 杂化方式和成键方式。2HN3有哪些可能的共振结构？标明每个共振结构中所有原子的形式电荷。3比较 HN3与 HX（卤化氢）的酸性，热稳定性及还原性的大小；4叠氮离子 N3经由氨基钠与 NO 3离子或 N 2O 在一定温度下合成，试写出这些反应的离 子方程式（产物中有氨放出） ；5离子型叠氮化物是不稳定的，但它可以在室温下进行操作，可以作为机动车的“空气 袋” ，为什么？6HN3与银盐作用，可得一种不溶于水的白色固体，该固体加热时，会发生爆炸。写出 反应方程式。CH3NOH波波化学竞赛工作室第 5 页（共 12 页）http:/hxjs.zhxk.net第七题（第七题（16 分）分）三氟化氮的结构、性质与制备三氟化氮的结构、性质与制备 NF3是一种三角锥体分子 A，键角 102 ，沸点129；可在铜的催化作用下由 F2和过量 NH3反应得到。 1写出制备 NF3的化学反应方程式；2为什么 NF3的键角比 NH3的键角（107.3 ）小得多？3为什么 NF3的沸点比 NH3的沸点（33）低得多？4A 分子质子化放出的热明显小于氨分子质子化放出的热。为什么？5预测 NF3酸碱性情况？6在 NF3中 NF 键能为 280kJ/mol，比在 BF3中 BF 键能（646kJ/mol）的 1/2 还小， 请解释原因。7NF3不易发生水解，而 NCl3却能发生水解。分析 NF3不发生水解的理由和 NCl3的水解 反应方程式。8A 与汞共热，得到一种汞盐和一对互为异构体的 B 和 C（相对分子质量 66） 。写出化学 方程式及 B 和 C 的立体结构。9 B 与四氟化锡反应首先得到平面构型的 D 和负二价单中心阴离子 E 构成的离子化合物； 这种离子化合物受热放出 C， 同时得到 D 和负一价单中心阴离子 F 构成的离子化合物。 画出 D、 E、F 的立体结构；写出得到它们的化学方程式。10A 与 F2、BF3反应得到一种四氟硼酸盐，它的阳离子水解能定量地生成 A 和 HF，而 同时得到的 O2和 H2O2的量却因反应条件不同而不同。写出这个阳离子的化学式和它的合成反 应的化学方程式，并用化学方程式和必要的推断对它的水解反应产物作出解释。波波化学竞赛工作室第 6 页（共 12 页）http:/hxjs.zhxk.net第第八题（题（20 分）分）定量推断三组铵盐定量推断三组铵盐 1在痕量水存在下，使 9.79g 的固体物质 A 和 3.61g 的固体物质 B 反应，生成了 4.42L 气 态产物（标准状况） ，该气体的密度为 0.771g/L。将同样多的物质 A 同过量的 2 倍的 CaO 一起 加热，产生 1.70g 气体，向 3.61g 物质 B 中逐滴加入氢溴酸直到反应终止，生成了同样量的气 体。若已知在三种情况下，生成了同一种气体和固体产物。 请问 A、B 各是什么物质？并写出前两个化学反应方程式。2含氮化合物广泛用于工业，如肥料和炸药。无色晶体状化合物 A（含 6.67%的氢）在隔 绝空气条件下引爆，仅得到 B 和 C。B 和 C 都是单质，在通常状态下是气态，是用于合成含氮 肥料的最重要的试剂。晶体 A 溶于浓盐酸后，该溶液中加入金属 D（通常用于实验室中从多种 气体中除去痕量氧） 。D 极易溶解在该溶液中并释放出气体 B。向如此制备的混合物中加入过 量的热的无水乙醇，最终缓慢生成一种红色针状沉淀 E（含 28.21%的 D 和含 47.23%的 Cl） 。 将其在空气中放置，使之转化成蓝色晶状粉末 F（含 37.28%的 D 和 41.6%的 Cl） 。 给出字母 A、E、F 所代表的化合物，并写出所涉及的反应。3由短周期的三种元素组成的固体无机化合物 A 和 B，其摩尔质量均小于 90g/mol。将 A 和 B 以物质的量 41 混合后引爆，恢复到标准状况下得到物质的量为 61 的气体单质 C、D 和非气态化合物 F；如果将物质的量为 41 的 A、B 在一定条件下分别完全分解，全部得到气 体单质（假设） ；所得气体混合后，存在 C、D、E 三种气体，且物质的量为 347。 请推断出 C、D、E 的化学式及 A、B 的全部可能化学式。命题与组卷：胡波 2008 年 10 月于浙江慈溪 中学综合学科网版权所有，任何网站不得转载波波化学竞赛工作室第 7 页（共 12 页）http:/hxjs.zhxk.net氮与氮的氢化物知识要点一、自然界的存在和制备氮与氮的氢化物知识要点一、自然界的存在和制备1存在：N2、蛋白质、智利硝石2制备：分馏液态空气（N2 63.3K、O2 90K、Ar 83K）氧化铵盐（NaNO2、Cl2、CuO、(NH4)2Cr2O7）叠氮化盐分解（AgN3）二、氮的化学性质二、氮的化学性质很稳定，与 O2、H2、Li、Mg（产物水解）固氮、根瘤菌三、氨和铵盐三、氨和铵盐1物理性质：易液化（制冷剂） ，极易溶于水2化学性质：配合物（Ag、Cu2、BF 3） 取代反应（NaNH2、AlN） （氨基、亚氨基、氮化物）氧化反应：燃烧、Pt 催化氧化、Cl2、CuO3非水溶剂，氨解（光气氨解）4铵盐：NH4Cl（干电池） 、NH4NO3（炸药）四、肼、羟氨、叠氮酸四、肼、羟氨、叠氮酸1N2H4：比 NH3弱的二元碱，与 H2O2类比；用作还原剂：O2、H2O2、N2O42NH2OH：弱碱，强还原剂（Fe3）3HN3：N3拟卤离子，金属叠氮化物易分解；发生氧化反应的产物为 N 2NH4五、几个名词解释五、几个名词解释 1氮（nitrogen） ：基态电子构型He2p2化合价 1、2、3、4、5。自然界有两种稳定同位素14N、1