Question

1．碳、氮、氟、硅、銅等元素的化合物廣泛存在于自然界，回答下列問(wèn)題：
（1）氮?dú)夥肿又笑益I和π鍵的比值為1：2；基態(tài)銅原子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹．
（2）C、N、F三種元素第一電離能由大到小的順序?yàn)镕＞N＞C；三種元素分別形成的最簡(jiǎn)單氫化物中屬于非極性分子的是CH₄（填化學(xué)式）．
（3）NF₃是微電子工業(yè)中優(yōu)良的等離子刻蝕氣體，NF₃分子的空間構(gòu)型為三角錐形； 在NF₃中，N原子的雜化軌道類型為sp³．
（4）金剛砂（SiC）的硬度為9.5，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示．金剛砂晶體類型為原子晶體，每個(gè)C原子周圍最近的C原子數(shù)目為12，若晶胞的邊長(zhǎng)為a cm，阿伏加德羅常數(shù)為N_A，則金剛砂的密度為$\frac{160}{{N}_{A}{a}^{3}}$g•cm^-3（不需要化簡(jiǎn)）．

Answer 1

分析 （1）氮?dú)夥肿咏Y(jié)構(gòu)式為N≡N，三鍵中含有1個(gè)σ鍵、2個(gè)π鍵；Cu元素原子核外電子數(shù)為29，根據(jù)能量最低原理書(shū)寫核外電子排布式；
（2）同周期隨原子序數(shù)增大，元素第一電離能呈增大趨勢(shì)；三種氫化物中甲烷為正四面體對(duì)稱結(jié)構(gòu)，分子中正負(fù)電荷重心重合，屬于非極性分子；
（3）NF₃分子中N原子孤電子對(duì)數(shù)=$\frac{5-1×3}{2}$=1、價(jià)層電子對(duì)數(shù)=3+1=4，雜化軌道數(shù)目為4；
（4）金剛砂硬度大，晶胞中Si、C原子之間形成共價(jià)鍵，為空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，屬于原子晶體，晶胞中存在四面體構(gòu)型，晶胞中Si、C原子位置可以互換，互換后以頂點(diǎn)C原子為研究對(duì)象，與之最近的C原子處于面心，每個(gè)頂點(diǎn)為8個(gè)晶胞共用，每個(gè)面心為2個(gè)晶胞共用；
晶胞中Si處于頂點(diǎn)與面心、C原子處于晶胞內(nèi)部，利用均攤法計(jì)算晶胞中Si、C原子數(shù)目，進(jìn)而計(jì)算晶胞質(zhì)量，再根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算晶胞密度．

解答 解：（1）氮?dú)夥肿咏Y(jié)構(gòu)式為N≡N，三鍵中含有1個(gè)σ鍵、2個(gè)π鍵，分子中σ鍵和π鍵的比值為1：2，；Cu元素原子核外電子數(shù)為29，根據(jù)能量最低原理，核外電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，
故答案為：1：2；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹；
（2）同周期隨原子序數(shù)增大，元素第一電離能呈增大趨勢(shì)，故第一電離能為：F＞N＞C；三種氫化物中，氨氣為三角錐形，屬于極性分子，HF為雙原子分子，共用電子對(duì)偏向F，為極性分子，甲烷為正四面體對(duì)稱結(jié)構(gòu)，分子中正負(fù)電荷重心重合，屬于非極性分子，
故答案為：F＞N＞C；CH₄；
（3）NF₃分子中N原子孤電子對(duì)數(shù)=$\frac{5-1×3}{2}$=1、價(jià)層電子對(duì)數(shù)=3+1=4，為三角錐形結(jié)構(gòu)，N原子雜化軌道數(shù)目為4，采取sp³雜化，
故答案為：三角錐形；sp³；
（4）金剛砂硬度大，晶胞中Si、C原子之間形成共價(jià)鍵，為空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，屬于原子晶體，
晶胞中存在四面體構(gòu)型，晶胞中Si、C原子位置可以互換，互換后以頂點(diǎn)C原子為研究對(duì)象，與之最近的C原子處于面心，每個(gè)頂點(diǎn)為8個(gè)晶胞共用，每個(gè)面心為2個(gè)晶胞共用，故每個(gè)C原子周圍最近的C原子數(shù)目為$\frac{3×8}{2}$=12，
晶胞中Si處于頂點(diǎn)與面心，晶胞中Si元素?cái)?shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，C原子處于晶胞內(nèi)部，晶胞中C原子數(shù)目為4，故晶胞質(zhì)量為4×$\frac{40}{{N}_{A}}$g，晶胞體積為（a cm）³，則晶胞密度為4×$\frac{40}{{N}_{A}}$g÷（a cm）³=$\frac{160}{{N}_{A}{a}^{3}}$g•cm^-3，
故答案為：$\frac{160}{{N}_{A}{a}^{3}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及核外電子排布、電離能、分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、雜化方式與空間構(gòu)型判斷、晶胞結(jié)構(gòu)與計(jì)算等，（4）為易錯(cuò)點(diǎn)，需要學(xué)生具備一定的空間想象，難度中等．