Question

【題目】近日，《自然—通訊》發(fā)表了我國復(fù)旦大學(xué)魏大程團(tuán)隊(duì)開發(fā)的一種共形六方氮化硼修飾技術(shù)，可直接在二氧化硅表面生長高質(zhì)量六方氮化硼薄膜。回答下列問題：

(1)下列N原子的電子排布圖表示的狀態(tài)中，能量由低到高的順序是______(用字母表示)。

A. B.

C. D.

(2)與硼元素處于同周期且相鄰的兩種元素和硼元素的第一電離能由大到小的順序是_______(用元素符號(hào)表示)。

(3)的立體構(gòu)型為______________，中心原子Si的軌道雜化類型為_____________。

(4)與六元環(huán)狀物質(zhì)互為等電子體的有機(jī)分子為____________(填結(jié)構(gòu)簡式)。

(5)自然界中含硼元素的鈉鹽是一種天然礦藏，其化學(xué)式寫作，實(shí)際上它的結(jié)構(gòu)單元是由兩個(gè)和兩個(gè)縮合而成的雙六元環(huán)，應(yīng)該寫成。其陰離子的結(jié)構(gòu)如圖所示，它的陰離子可形成鏈狀結(jié)構(gòu)。

①該晶體中不存在的作用力是_____________(填選項(xiàng)字母)。

A.離子鍵 B.共價(jià)鍵 C.金屬鍵 D.范德華力 E.氫鍵

②陰離子通過____________(填作用力的名稱)相互結(jié)合形成鏈狀結(jié)構(gòu)。

(6)硬度大、熔點(diǎn)高，常作結(jié)構(gòu)陶瓷材料。與結(jié)構(gòu)相似，請(qǐng)比較二者熔點(diǎn)高低，并說明理由：_____________________。

(7)立方氮化硼屬于原子晶體，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。其中硼原子的配位數(shù)為____________，已知立方氮化硼的密度為，B原子半徑為，N原子半徑為，阿伏加德羅常數(shù)的值為，則該晶胞中原子的空間利用率為_____________________(用含的代數(shù)式表示)。

Answer 1

【答案】 正四面體形 C 氫鍵 的熔點(diǎn)高于的熔點(diǎn)，因?yàn)?/span>C的原子半徑小于Si原子半徑，C-N鍵的鍵長小于Si-N鍵的鍵長，C-N鍵的鍵能大于Si-N鍵的鍵能 4

【解析】

(1)原子核外電子排布中，電子所占的軌道能級(jí)越高，該原子的能量越高，軌道能量：，據(jù)此比較；

(2)同周期元素從左至右，第一電離能呈增大趨勢(shì)，但是Be原子的2p能級(jí)為全空的穩(wěn)定狀態(tài)；

(3)根據(jù)價(jià)層電子對(duì)理論和雜化軌道理論判斷；

(4)原子總數(shù)相同，價(jià)電子總數(shù)相同的分子或離子互為等電子體；

(5)①活潑金屬和酸根離子之間存在離子鍵、非金屬元素之間易形成共價(jià)鍵，含有孤電子對(duì)和含有空軌道的原子之間存在配位鍵；分子之間存在范德華力，水分子之間存在氫鍵；
②該陰離子通過氫鍵相互結(jié)合形成鏈狀結(jié)構(gòu)；

(6)、都是原子晶體，比較C-N鍵的鍵能與Si-N鍵的鍵能的大小關(guān)系，從而確定二者熔點(diǎn)高低；

(7)根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)圖分析，利用均攤法確定化學(xué)式，B原子的配位數(shù)即距離B原子最近且距離相等的N原子的個(gè)數(shù)；計(jì)算晶胞的體積和原子的總體積，進(jìn)而計(jì)算晶胞中原子的空間利用率為。

(1)原子核外電子排布中，電子所占的軌道能級(jí)越高，該原子的能量越高，軌道能量：，根據(jù)占據(jù)2p軌道電子的數(shù)目可知，A能量最低，D能量最高，根據(jù)占據(jù)2s軌道電子的數(shù)目可知，能量：，故能量由低到高的順序是，故答案為：；

(2)同周期元素從左至右，第一電離能呈增大趨勢(shì)，但是Be原子的2p能級(jí)為全空的穩(wěn)定狀態(tài)，因此Be的第一電離能比B的大，則第一電離能：，故答案為：；

(3)的中心原子Si的孤電子對(duì)數(shù)，價(jià)層電子對(duì)數(shù)，故的立體構(gòu)型為正四面體形，Si原子的軌道雜化類型為，故答案為：正四面體形；；

(4)原子總數(shù)相同，價(jià)電子總數(shù)相同的分子或離子互為等電子體，與互為等電子體的有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡式為，故答案為：；

(5)①鈉離子和酸根離子之間存在離子鍵，BO和OH原子之間存在共價(jià)鍵，B和O原子之間還存在配位鍵，水分子之間存在范德華力和氫鍵，所以該物質(zhì)中不含金屬鍵，故答案為：C；

②該分子中羥基上的氫原子和另一個(gè)羥基上的O原子形成氫鍵，所以該陰離子通過氫鍵相互結(jié)合形成鏈狀結(jié)構(gòu)，故答案為：氫鍵；

(6)、都是原子晶體，C的原子半徑小于Si的原子半徑，C-N鍵的鍵長小于Si-N鍵的鍵長，則C-N鍵的鍵能大于Si-N鍵的鍵能，導(dǎo)致的熔點(diǎn)高于的熔點(diǎn)，故答案為：的熔點(diǎn)高于的熔點(diǎn)，因?yàn)?/span>C的原子半徑小于Si原子半徑，C-N鍵的鍵長小于Si-N鍵的鍵長，C-N鍵的鍵能大于Si-N鍵的鍵能；

(7)由圖可知，立方氮化硼晶胞中每個(gè)N原子連接4個(gè)B原子，化學(xué)式為，故晶胞中每個(gè)B原子也連接4個(gè)N原子，即B原子的配位數(shù)為4，晶胞的質(zhì)量為，晶胞的體積為，原子的總體積為，則晶胞中原子的空間利用率為，故答案為：4；。