Question

【題目】C、N和Si能形成多種高硬度材料，如Si3N4,C3N4,SiC.

(1)Si3N4和C3N4中硬度較高的是______,理由是_________.

(2)C和N能形成一種類石墨結(jié)構(gòu)材料，其合成過(guò)程如下圖所示。該類石墨結(jié)構(gòu)材料化合物的化學(xué)式為_________。其合成過(guò)程中有三聚氰胺形成，三聚氰胺中N原子的雜化方式有_____________。

(3)C和N還能形成一種五元環(huán)狀有機(jī)物咪唑(im)，其結(jié)構(gòu)為。化合物[Co(im)6]SiF6的結(jié)構(gòu)示意圖如下:

①Co原子的價(jià)層電子軌道表達(dá)式(價(jià)層電子排布圖)為_____。N與Co之間的化學(xué)鍵類型是___，判斷的理由是__________。

②陰離子SiF62-中心原子Si的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為______。陽(yáng)離子(Co(im)6]2+和SiF62-之間除了陰陽(yáng)離子間的靜電作用力，還存在氫鍵作用，畫出該氫鍵的表示式_______。

例如水中氫鍵的表示式為:

(4)SiC為立方晶系晶體，晶胞參數(shù)為a,已知Si原子半徑為rSi,C原子半徑為rC,該晶胞中原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為:

則SiC立方晶胞中含有____個(gè)Si原子、____個(gè)C原子，該晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為__________(列出計(jì)算式即可)。

Answer 1

【答案】 C3N4 兩者同屬原子晶體(答兩者結(jié)構(gòu)相似)，C的原子半徑小于Si,與Si-N相比，C-N的鍵長(zhǎng)短、鍵能大 C6N8或(C6N8)n或C3N4或(C3N4)n sp2、sp3 配位鍵 N有孤對(duì)電子，Co2+有空軌道 6 4 4

【解析】(1)相同類型的晶體中，原子半徑越小，鍵能越大，其硬度就越大。所以Si3N4和C3N4中硬度較高的是C3N4原因是兩者同屬原子晶體，C的原子半徑小于Si,與Si-N相比，C-N的鍵長(zhǎng)短、鍵能大 。(2)由結(jié)構(gòu)可判斷出化學(xué)式為C6N8或(C6N8)n或C3N4或(C3N4)n 。環(huán)中N原子形成2個(gè)σ鍵,含有1對(duì)孤電子對(duì),雜化軌道數(shù)目為3,采取sp2雜化,氨基中N原子形成3個(gè)σ鍵,含有1對(duì)孤電子對(duì),雜化軌道數(shù)目為4,采取sp3雜化,（3）①Co原子的價(jià)層電子為最外層和次外層電子，其電子軌道表達(dá)式為。因N有孤對(duì)電子，Co2+有空軌道，所以N與Co之間可形成配位鍵。②價(jià)層電子對(duì)數(shù)=成鍵數(shù)+孤電子對(duì)數(shù)，孤電子對(duì)數(shù)=（中心原子的最外層電子數(shù)-配位原子×與中心原子結(jié)合的原子最多能接受的電子數(shù)）/2，由此可算出中心原子Si的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4。氫鍵發(fā)生在非金屬?gòu)?qiáng)的原子和氫原子之間，在該物質(zhì)中氫鍵可表示為。（4）從該晶胞中原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)可看出，每個(gè)C原子周圍有4個(gè)Si原子，每個(gè)Si原子有4個(gè)C原子，形成正四面體結(jié)構(gòu)，所以SiC立方晶胞中含有4個(gè)Si原子、4個(gè)C原子。其總體積為4/3πrc3×4+4/3πrsi3×4=16/3π(rc3+ rsi3)。則該晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為16/3π(rc3+ rsi3)/a3×100%