Question

5．碳、氮、氟、硅、鈦等元素的化合物廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活，回答下列問題：
（1）基態(tài)Si原子中，電子占據(jù)的最高能層具有的原子軌道數(shù)為9，1mol氮氣分子中σ鍵和π鍵的物質(zhì)的量之比為1：2；基態(tài)鈦原子的價電子排布式為3d²4s²．
（2）C、N、F三種元素電負性由大到小的順序為F＞N＞C．第二周期元素中第一電離能介于B、F之間的有4種．
（3）NF₃分子的空間構(gòu)型為三角錐形，N原子的雜化軌道類型為sp³．
（4）比較HF和HCl的沸點高低，并簡述理由HF比HCl的沸點高，因為HF分子間存在氫鍵．
（5）金剛砂（SiC）的硬度僅次于金剛石，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C原子周圍最近的C原子數(shù)目為12，若晶胞的邊長為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）．

Answer 1

分析 （1）硅質(zhì)子數(shù)為14，基態(tài)Si原子的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p²，最高能層具有的原子軌道數(shù)為1+3+5=9，每個氮氣分子中有一個σ鍵和2個π鍵，Ti是22號元素，根據(jù)核外電子排布規(guī)律書寫價電子排布式；
（2）同一周期元素，元素電負性隨著原子序數(shù)增大而增大，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)增大而增大，但第IIA族、第VA族元素第一電離能大于其相鄰元素，據(jù)此判斷；
（3）根據(jù)NF₃分子中N原子的價層電子對數(shù)判斷雜化軌道類型；
（4）含有氫鍵的物質(zhì)熔沸點較高，HF中含有氫鍵、HCl中不含氫鍵，所以HF的熔沸點較高；
（5）金剛砂硬度大，晶胞中Si、C原子之間形成共價鍵，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C原子為研究對象，與之最近的C原子處于面心，每個頂點為8個晶胞共用，每個面心為2個晶胞共用；
晶胞中Si處于頂點與面心、C原子處于晶胞內(nèi)部，利用均攤法計算晶胞中Si、C原子數(shù)目，進而計算晶胞質(zhì)量，再根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計算晶胞密度．

解答 解：（1）硅質(zhì)子數(shù)為14，基態(tài)Si原子的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p²，最高能層具有的原子軌道數(shù)為1+3+5=9，每個氮氣分子中有一個σ鍵和2個π鍵，所以1mol氮氣分子中σ鍵和π鍵的物質(zhì)的量之比為1：2，Ti是22號元素，核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²，價電子排布式為為3d²4s²，
故答案為：9；1：2；3d²4s²；
（2）同一周期元素，元素電負性隨著原子序數(shù)增大而增大，所以C、N、F三種元素電負性由大到小的順序為F＞N＞C，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)增大而增大，但第IIA族、第VA族元素第一電離能大于其相鄰元素，所以第二周期元素中第一電離能介于B、F之間的有Be、C、N、O，共4種，
故答案為：F＞N＞C；4；
（3）根據(jù)價層電子對理論知，NF₃分子中N原子價層電子對個數(shù)=$\frac{5+3}{2}$=4，所以N原子采用sp³雜化，
故答案為：sp³；
（4）含有氫鍵的物質(zhì)熔沸點較高，HF中含有氫鍵、HCl中不含氫鍵，所以HF的熔沸點較高，
故答案為：HF比 HCl的沸點高，因為HF分子間存在氫鍵；
（5）金剛砂硬度大，晶胞中Si、C原子之間形成共價鍵，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C原子為研究對象，與之最近的C原子處于面心，每個頂點為8個晶胞共用，每個面心為2個晶胞共用，故每個C原子周圍最近的C原子數(shù)目為$\frac{3×8}{2}$=12，晶胞中Si處于頂點與面心，晶胞中Si元素數(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：原子晶體；12；$\frac{160}{N{\;}_{A}a{\;}^{3}}$．

點評 本題主要考查原子結(jié)構(gòu)與位置關(guān)系、雜化軌道、第一電離能、晶體類型與性質(zhì)、晶胞結(jié)構(gòu)與計算等，注意利用均攤法進行計算，難度中等，側(cè)重對學(xué)生的基礎(chǔ)知識和綜合能力的考查．