Question

10．N和Si是合成新型非金屬材料的兩種重要元素．請回答：
（1）基態(tài)Si原子的價層電子排布圖為；其2p能級的軌道有3個伸展方向，電子云的形狀為紡錘形．
（2）Si原子可形成多種氫化物，其中Si₂H₄中Si原子的價層電子對數(shù)目為3，Si原子的雜化軌道類型為sp²．
（3）N和Si形成的原子晶體中，N原子的配位數(shù)為3．
（4）NaN₃常作為汽車安全氣囊的填充物，其焰色反應為黃色．大多數(shù)金屬元素有焰色反應的微觀原因為電子從較高能級的激發(fā)態(tài)躍遷到較低的激發(fā)態(tài)或基態(tài)時，以光的形式釋放能量；N₃^-中σ鍵和π鍵的數(shù)之比為1：1．B、F與N三種元素同周期，三種基態(tài)原子的第一電離能由大到小的順序為F＞N＞B（用元素符號表示）．
（5）NaNO₂是一種重要的工業(yè)原料，NO₂^-的空間構型為V形．
（6）SiO₂的晶胞與金剛石（如圖所示）相似，可以看作Si原子替代C原子后，在兩個成鍵的Si原子間插入1個O原子形成．則：
①晶胞中最小的環(huán)含有12個原子．
②若晶體密度為ρg•cm^-3，阿伏伽德羅常數(shù)為N_A，晶胞中兩個最近的Si原子核之間的距離為$\frac{\sqrt{3}}{4}×$$\root{3}{\frac{480ρ}{{N}_{A}}}$×10¹⁰pm（用代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 （1）Si為14號元素，其價電子為3s、3p電子，2p能級的軌道有3個伸展方向，電子云的形狀為紡錘形；
（2）Si₂H₄中Si原子的價層電子對數(shù)目=3且不含孤電子對，根據(jù)價層電子對互斥理論判斷Si原子雜化方式；
（3）N和Si形成的原子晶體化學式為Si₃N₄，該物質(zhì)中每個N原子只能形成3個共價鍵；
（4）電子從較高能級的激發(fā)態(tài)躍遷到較低的激發(fā)態(tài)或基態(tài)時，以光的形式釋放能量；N₃^-與二氧化碳是等電子體，二者結構相同，每個二氧化碳分子中含有兩個σ鍵和兩個π鍵；同一周期元素，元素第一電離能隨著原子序數(shù)增大而呈增大趨勢，但第IIA族、第VA族元素第一電離能大于其相鄰元素；
（5）NO₂^-中N價層電子對個數(shù)=2+$\frac{5+1-2×2}{2}$=3且含有一個孤電子對，根據(jù)價層電子對互斥理論判斷亞硝酸根離子空間構型；
（6）①晶胞中最小的環(huán)含有12個原子；
②金剛石晶胞中4個C原子在晶胞內(nèi)部，6個C原子在面心上、8個C原子分別位于8個頂點上，所以該晶胞中C原子個數(shù)=4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，晶胞中兩個最近的Si原子核之間的距離為晶胞體對角線長度的$\frac{1}{4}$．

解答 解：（1）Si為14號元素，價層電子排布圖為，2p能級的軌道有3個伸展方向，電子云的形狀為紡錘形，
故答案為：；3；紡錘形；
（2）Si₂H₄中Si原子的價層電子對數(shù)目=3且不含孤電子對，其結構和乙烯相似，根據(jù)價層電子對互斥理論判斷Si原子雜化方式為sp²，故答案為：3；sp²；
（3）N和Si形成的原子晶體化學式為Si₃N₄，該物質(zhì)中每個N原子只能形成3個共價鍵，所以每個N原子配位數(shù)是3，故答案為：3；
（4）電子從較高能級的激發(fā)態(tài)躍遷到較低的激發(fā)態(tài)或基態(tài)時，以光的形式釋放能量，所以大多數(shù)金屬焰色反應時呈現(xiàn)一定顏色；N₃^-與二氧化碳是等電子體，二者結構相同，每個二氧化碳分子中含有兩個σ鍵和兩個π鍵，則N₃^-中σ鍵和π鍵的數(shù)之比為1：1；同一周期元素，元素第一電離能隨著原子序數(shù)增大而呈增大趨勢，但第IIA族、第VA族元素第一電離能大于其相鄰元素，所以這三種元素第一電離能大小順序是F＞N＞B，
故答案為：電子從較高能級的激發(fā)態(tài)躍遷到較低的激發(fā)態(tài)或基態(tài)時，以光的形式釋放能量；1：1；F＞N＞B；
（5）NO₂^-中N價層電子對個數(shù)=2+$\frac{5+1-2×2}{2}$=3且含有一個孤電子對，根據(jù)價層電子對互斥理論判斷亞硝酸根離子空間構型為V形，
故答案為：V形；
（6）①根據(jù)圖知，每個最小環(huán)上含有6個Si原子、6個O原子，所以晶胞中最小的環(huán)含有12個原子，故答案為：12；
②金剛石晶胞中4個C原子在晶胞內(nèi)部，6個C原子在面心上、8個C原子分別位于8個頂點上，所以該晶胞中C原子個數(shù)=4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，該晶胞體積=$\frac{\frac{60}{{N}_{A}}×8}{ρ}$cm³，晶胞中兩個最近的Si原子核之間的距離為晶胞體對角線長度的$\frac{1}{4}$=$\frac{1}{4}$×$\sqrt{3}$×$\root{3}{\frac{\frac{60}{{N}_{A}}×8}{ρ}}$cm=$\frac{1}{4}$×$\sqrt{3}$×$\root{3}{\frac{480ρ}{{N}_{A}}}$cm=$\frac{\sqrt{3}}{4}×$$\root{3}{\frac{480ρ}{{N}_{A}}}$cm=$\frac{\sqrt{3}}{4}×$$\root{3}{\frac{480ρ}{{N}_{A}}}$×10¹⁰pm，
故答案為：$\frac{\sqrt{3}}{4}×$$\root{3}{\frac{480ρ}{{N}_{A}}}$×10¹⁰．

點評 本題考查物質(zhì)結構和性質(zhì)，為高考常考查點，涉及晶胞計算、價層電子對互斥理論、等電子體等知識點，側重考查學生知識應用及計算能力、空間想象能力，難點是（6）晶胞計算，知道“兩個最近的Si原子核之間的距離與晶胞體長”關系是解該題關鍵，注意cm與pm單位之間的換算，為易錯點．