Question

8．氮化硅是一種新型無(wú)機(jī)非金屬材料，主要有α-氮化硅和β-氮化硅兩種晶型，它們都是由[SiN₄]正四面體共用頂角原子構(gòu)成的三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，β-氮化硅的結(jié)構(gòu)如圖所示：
用甘氨酸（H₂NCH₂COOH）或尿素[CO（NH₂）₂]作為燃料，硝酸銨（NH₄NO₃）為氧化劑，原硅酸為硅源，蔗糖為碳源，進(jìn)行反應(yīng)制備氮化硅．回答下列問(wèn)題：
（1）1mol甘氨酸分子中含有σ鍵的數(shù)目為9N_A，組成該物質(zhì)的各元素第一電離能由小到大的順序?yàn)镠＜C＜O＜N．
（2）尿素分子中碳的雜化方式為sp²，尿素作配體時(shí)能作為配位原子的是O、N．
（3）NH₄NO₃中陰離子的空間構(gòu)型為平面三角形，由第1、2周期元素能成的與該陰離子互為等電子體的離子是CO₃^2-．
（4）原硅酸的結(jié)構(gòu)為，若去掉氫原子后的剩余部分即Si₄^4-（原硅酸根）為硅氧四面體結(jié)構(gòu)，頂角上的4個(gè)氧原子稱作“角氧”．3個(gè)硅氧四面體彼此用3個(gè)角氧相連后，形成離子的化學(xué)式為Si₃O₉^6-．n個(gè)硅氧四面體彼此用4個(gè)角氧連接后形成的物質(zhì)的化學(xué)式是SiO₂．
（5）β-氮化硅晶體類型為原子晶體，判斷的理由是硅和氮以共價(jià)鍵結(jié)合的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)．

Answer 1

分析 （1）甘氨酸分子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為H₂NCH₂COOH，所以每個(gè)分子中含有9個(gè)σ鍵，組成該物質(zhì)的各元素為C、H、O、N，同一周期元素，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)增大而增大趨勢(shì)，但第IIA族、第VA族元素第一電離能大于其相鄰元素，據(jù)此判斷第一電離能大小順序；
（2）尿素分子的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為：，所以尿素分子中碳原子的雜化方式為sp²雜化，根據(jù)配體中配位原子提供孤對(duì)電子分析；
（3）根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論確定其空間構(gòu)型，價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)=σ鍵個(gè)數(shù)+孤電子對(duì)個(gè)數(shù)；根據(jù)等電子體概念可知，原子數(shù)和價(jià)電子數(shù)都相等 的微�；�為等電子體，NO₃^-離子中有四個(gè)原子，價(jià)電子數(shù)為24，據(jù)此答題；
（4）根據(jù)1個(gè)硅氧四面體為SiO₄^4-，則3個(gè)硅氧四面體彼此用3個(gè)角氧相連，即形成的Si₃O₉^6-離子；n個(gè)硅氧四面體彼此用四個(gè)角氧連接后形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體，根據(jù)組成元素和空間結(jié)構(gòu)分析．
（5）根據(jù)氮化硅的空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行判斷；

解答 解：（1）甘氨酸分子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為H₂NCH₂COOH，所以每個(gè)分子中含有9個(gè)σ鍵，所以1mol甘氨酸中含有9N_Aσ鍵；同一周期元素，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)增大而增大趨勢(shì)，但第IIA族、第VA族元素第一電離能大于其相鄰元素，C、N、O元素處于同一周期且原子序數(shù)逐漸增大，N處于第VA族，所以第一電離能N＞O＞C，又H最外層只有1個(gè)電子，所以第一電離能最小，故答案為：9N_A；H＜C＜O＜N；
（2）尿素分子的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為：，所以尿素分子中碳原子的雜化方式為sp²雜化，因?yàn)榕潴w中配位原子提供孤對(duì)電子，所以尿素作配體時(shí)能作為配位原子的是O、N，故答案為：sp²；O、N；
（3）NH₄NO₃中陰離子為硝酸根離子，其中價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)=σ鍵個(gè)數(shù)+孤電子對(duì)個(gè)數(shù)=3，且不含孤電子對(duì)，所以硝酸根離子為平面三角形；根據(jù)等電子體概念可知，原子數(shù)和價(jià)電子數(shù)都相等的微�；�為等電子體，NO₃^-離子中有四個(gè)原子，價(jià)電子數(shù)為24，所以與NO₃^-離子互為等電子體的一種離子為CO₃^2-等，故答案為：平面三角形，CO₃^2-；
（4）1個(gè)硅氧四面體為SiO₄^4-，則3個(gè)硅氧四面體彼此用3個(gè)角氧相連，即形成的Si₃O₉^6-離子；n個(gè)硅氧四面體彼此用四個(gè)角氧連接后形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體，是通過(guò)Si-O共價(jià)鍵結(jié)合形成是二氧化硅，故答案為：Si₃O₉^6-；SiO₂．
（5）由氮化硅的結(jié)構(gòu)為硅和氮以共價(jià)鍵結(jié)合的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，得出屬于原子晶體，
故答案為：原子晶體；硅和氮以共價(jià)鍵結(jié)合的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；

點(diǎn)評(píng) 本題考查了分子的結(jié)構(gòu)、雜化軌道、第一電離能的判斷、化學(xué)鍵、晶體等，題目難度較大，注意把握題中所給信息，側(cè)重于考查學(xué)生對(duì)信息的應(yīng)用能力．