Question

【題目】近日，《自然—通訊》發(fā)表了我國復旦大學魏大程團隊開發(fā)的一種共形六方氮化硼修飾技術，可直接在二氧化硅表面生長高質量六方氮化硼薄膜。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_______(用元素符號表示)。

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

(4)與六元環(huán)狀物質互為等電子體的有機分子為____________(填結構簡式)。

(5)自然界中含硼元素的鈉鹽是一種天然礦藏，其化學式寫作，實際上它的結構單元是由兩個和兩個縮合而成的雙六元環(huán)，應該寫成。其陰離子的結構如圖所示，它的陰離子可形成鏈狀結構。

①該晶體中不存在的作用力是_____________(填選項字母)。

A.離子鍵 B.共價鍵 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)相互結合形成鏈狀結構。

(6)硬度大、熔點高，常作結構陶瓷材料。與結構相似，請比較二者熔點高低，并說明理由：_____________________。

(7)立方氮化硼屬于原子晶體，其晶胞結構如圖所示。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 的熔點高于的熔點，因為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，但是Be原子的2p能級為全空的穩(wěn)定狀態(tài)；

(3)根據(jù)價層電子對理論和雜化軌道理論判斷；

(4)原子總數(shù)相同，價電子總數(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鍵，含有孤電子對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合形成鏈狀結構；

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

(7)根據(jù)晶胞結構圖分析，利用均攤法確定化學式，B原子的配位數(shù)即距離B原子最近且距離相等的N原子的個數(shù)；計算晶胞的體積和原子的總體積，進而計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，但是Be原子的2p能級為全空的穩(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的孤電子對數(shù)，價層電子對數(shù)，故的立體構型為正四面體形，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物的結構簡式為，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羥基上的O原子形成氫鍵，所以該陰離子通過氫鍵相互結合形成鏈狀結構，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，導致的熔點高于的熔點，故答案為：的熔點高于的熔點，因為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N原子連接4個B原子，化學式為，故晶胞中每個B原子也連接4個N原子，即B原子的配位數(shù)為4，晶胞的質量為，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；。