Question

【題目】近日，《自然—通訊》發(fā)表了我國(guó)復(fù)旦大學(xué)魏大程團(tuán)隊(duì)開(kāi)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(zhǎng)高質(zhì)量六方氮化硼薄膜。

（1）下列N原子的電子排布圖表示的狀態(tài)中，能量最高的是___，能量最低的是___(用字母表示)。

A. B.

C. D.

（2）第二周期主族元素中，按第一電離能大小排序，第一電離能在B和N之間的元素有___種。

（3）Na與N形成的NaN3可用于制造汽車的安全氣囊，其中陰離子的空間構(gòu)型為___，Na在空氣中燃燒則發(fā)出黃色火焰，這種黃色焰色用光譜儀攝取的光譜為___光譜(填“發(fā)射”或“吸收”)。

（4）已知NH3分子的鍵角約為107°，而同主族磷的氫化物PH3分子的鍵角約為94°，試用價(jià)層電子對(duì)互斥理論解釋NH3的鍵角比PH3的鍵角大的原因：___。

（5）BH3·NH3是一種有效、安全的固體儲(chǔ)氫材料，可由BH3與NH3反應(yīng)生成，B與N之間形成配位鍵，氮原子提供___，在BH3·NH3中B原子的雜化方式為___。它的性質(zhì)與乙烷有所不同：在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為無(wú)色無(wú)味的白色固體，在水中溶解度也較大，其原因是___。

（6）立方氮化硼屬于原子晶體，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖1所示，可認(rèn)為氮原子處于硼原子圍成的某種空隙中，則氮原子處于硼原子圍成的___(填空間結(jié)構(gòu))空隙中。圖2是立方氮化硼晶胞沿z軸的投影圖，請(qǐng)?jiān)趫D中圓球上涂“●”標(biāo)明N的相對(duì)位置___。

已知立方氮化硼的密度為dg·cm-3，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，則晶胞中硼原子與氮原子的最近距離為___nm。(只要求列算式)

Answer 1

【答案】D A 3 直線形 發(fā)射 N的原子半徑P小、電負(fù)性比P大，使得NH3分子中孤對(duì)電子之間的距離比PH3分子中近、斥力大 孤電子對(duì) sp3 BH3·NH3分子間存在氫鍵，也能與水分子形成氫鍵，而乙烷分子不能 正四面體 ×107

【解析】

在電子排布圖中，根據(jù)能量最低原理排布的能量就最低，在能級(jí)越高的軌道中電子數(shù)越多，能量就越高來(lái)判定；根據(jù)同周期元素第一電離能的變化規(guī)律及IIA、VA反常來(lái)解答；根據(jù)價(jià)層電子對(duì)來(lái)判斷空間構(gòu)型；根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷鍵角大小原因；根據(jù)鍵的形成實(shí)質(zhì)及形成氫鍵來(lái)解答；根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)及密度計(jì)算晶胞及棱長(zhǎng)，由棱長(zhǎng)再計(jì)算兩原子的距離。

（1）N原子電子排布圖表示的狀態(tài)中，符合能量最低原理的其能量就最低，能量越高的軌道中電子個(gè)數(shù)越多，其能量越高，根據(jù)圖知，A符合能量最低原理，D中能量較高的軌道中電子數(shù)最多，所以能量最高；答案為D，A。

（2）同周期主族元素隨原子序數(shù)增大第一電離能呈增大趨勢(shì)，IIA族、VA族為全充滿或半充滿穩(wěn)定狀態(tài)，第一電離能高于同周期相鄰元素，因而在B與N之間還有Be、C、O三種元素；答案為3。

（3）N3 -離子中心N原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)=2+ =2，價(jià)層電子對(duì)數(shù)為2，孤電子對(duì)為0，N原子雜化方式為sp雜化，離子空間構(gòu)型為直線形，電子從激發(fā)態(tài)躍遷到低能級(jí)，以光的形式釋放能量，Na元素發(fā)生焰色反應(yīng)是因?yàn)楫a(chǎn)生了原子，發(fā)射光譜；答案為直線形，發(fā)射。

（4）NH3、PH3的中心原子均為sp3雜化，N的電負(fù)性比P大，N原子半徑比P原子半徑小，N原子對(duì)鍵合電子吸引更強(qiáng)，因而NH3分子中成鍵電子對(duì)間的距離較近，成鍵電子對(duì)之間的斥力更大，使NH3的鍵角比PH3的鍵角大；答案為N的電負(fù)性比P大，N原子半徑比P原子半徑小，NH3分子中成鍵電子對(duì)間的距離較近，成鍵電子對(duì)之間的斥力更大。

（5）B原子形成3個(gè)B-H鍵，B原子有空軌道，氨分子中N原子有1對(duì)孤電子對(duì)，B與N之間形成配位鍵，氮原子提供孤電子對(duì)，在BH3·NH3中B原子形成3個(gè)B-H鍵，B還形成1個(gè)配位鍵，B原子雜化軌道數(shù)目為4，B原子雜化方式為：sp3雜化，在水中溶解度較大是因?yàn)?/span>BH3NH3分子屬于極性分子，相似相溶，且BH3·NH3分子間存在氫鍵，與水分子之間能形成氫鍵，該物質(zhì)易溶于水，而乙烷不能；答案為孤電子對(duì)，sp3雜化，BH3NH3分子屬于極性分子，相似相溶，且BH3·NH3分子間存在氫鍵，與水分子之間能形成氫鍵，該物質(zhì)易溶于水，而乙烷不能。

（6）立方氮化硼屬于原子晶體，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖1所示，晶胞中每個(gè)N原子連接4個(gè)B原子，這4個(gè)B原子構(gòu)成以N原子為體心的正四面體結(jié)構(gòu)，圖2是立方氮化硼晶胞沿z軸的投影圖，在圖中圓球上涂“●”標(biāo)明N的相對(duì)位置為，已知立方氮化硼的密度為dg·cm-3，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，晶胞中N原子數(shù)為4 ，B原子8個(gè)頂點(diǎn)各一個(gè)，6個(gè)面心各一個(gè)，則B原子數(shù)=8×+6×=4，晶胞的質(zhì)量m= g= g，晶胞體積V=(a×10-7cm)3，晶胞的密度為dg·cm-3，由得出，晶胞的棱長(zhǎng)a=nm，由于立方氮化硼中氮原子與周圍的4個(gè)硼原子形成四面體結(jié)構(gòu)，頂點(diǎn)N原子與四面體中心B原子連線處于晶胞體對(duì)角線上，且二者距離等于晶胞體對(duì)角線長(zhǎng)度的，晶胞體對(duì)角線長(zhǎng)度等于晶胞棱長(zhǎng)的倍，硼原子與氮原子最近的距離為x nm，則x= anm，將a代入，x=×107nm；答案為正四面體，，×107。