Question

【題目】在普通鋁中加入少量Cu和Mg后，形成一種稱為拉維斯相的MgCu2微小晶粒，其分散在Al中可使得鋁材的硬度增加、延展性減小，形成所謂“堅鋁”，是制造飛機的主要村料。回答下列問題：

(1)下列狀態的鎂中，電離最外層一個電子所需能量最大的是______________。

A． B． C． D．

(2)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一種有機化合物，分子中氮、碳的雜化類型分別是_________、_________。乙二胺能與Mg2+、Cu2+等金屬離子形成穩定環狀離子，其中與乙二胺形成的化合物穩定性相對較高的是____________(填“Mg2+”或“Cu2+”)。

(3)一些氧化物的熔點如表所示：

氧化物	Li2O	MgO	P4O6	SO2
熔點/°C	1570	2800	23.8	75.5

解釋MgO熔點比P4O6熔點高得多的原因______________

(4)金剛石的晶胞如圖，若以硅原子代替金剛石晶體中的碳原子，便得到晶體硅；若將金剛石晶體中一半的碳原子換成硅原子，且碳、硅原子交替，即得到碳化硅晶體(金剛砂)

①碳化硅晶體(金剛砂)的化學式______________

②金剛石、晶體硅、碳化硅的熔點由高到低的順序為__________________

③立方氮化硼晶體的結構與金剛石相似，硬度與金剛石相當，晶胞邊長為361.5 pm。立方氮化硼的密度是_____________g/cm3(列出式子并化簡，阿伏加德羅常數為NA)

Answer 1

【答案】A sp3 sp3 Cu2+ MgO為離子晶體，P4O6分子晶體。 SiC C(金剛石)>SiC>Si

【解析】

(1)能量越高越不穩定，越易失電子，所以激發態的微粒易失電子，原子軌道中處于半滿狀態時較穩定；

(2)每個N原子形成的共價鍵有2個N-H鍵、1個N-C鍵，且還含有1個孤電子對；每個C原子形成的共價鍵有2個C-H鍵、2個C-N鍵，所以N、C原子價層電子對個數都是4，根據價層電子對互斥理論判斷N、C原子雜化類型；含有孤電子對的原子和含有空軌道的原子之間易形成配位鍵；堿土金屬與乙二胺形成的化合物穩定性較弱；

(3)根據晶體類型及構成微粒的作用力大小分析比較；

(4)①根據C、Si原子形成共價鍵數目及空間構型分析化學式；

②根據鍵長越長，鍵能越小，物質的熔沸點就越低比較；

③根據金剛石結構分析一個晶胞中含有的C原子數目，根據二者結構相似，結合氮化硼化學式特點可確定晶胞中含有的B、N原子數目，計算晶胞質量、體積，然后根據晶胞密度ρ=計算。

(1)A、D微粒都是Mg原子失去一個電子后得到的，但是D微粒能量高于A，穩定性A>D，所以失電子能力A>D；B、C都是原子，但是B是基態、C是激發態，能量：C>B，穩定性B>C，所以失去一個電子能力：B>C；A為Mg+、B為Mg原子，A再失去電子所需能量就是Mg原子失去2個電子的能量，為Mg原子的第二電離能，B失去一個電子的能量是Mg原子的第一電離能，其第二電離能大于第一電離能，所以電離最外層一個電子所需能量A>B，通過以上分析知，電離最外層一個電子所需能量最大的是A，故合理選項是A；

(2)在乙二胺(H2NCH2CH2NH2)中，每個N原子形成的共價鍵有2個N-H鍵、1個N-C鍵，且還含有1個孤電子對；每個C原子形成的共價鍵有2個C-H鍵、2個C-N鍵，所以N、C原子價層電子對個數都是4，根據價層電子對互斥理論判斷N、C原子雜化類型分別為sp3雜化、sp3雜化；含有孤電子對的原子和含有空軌道的原子之間易形成配位鍵，乙二胺的兩個N提供孤對電子給金屬離子形成配位鍵，所以乙二胺能與Mg2+、Cu2+等金屬離子形成穩定環狀離子；堿土金屬與乙二胺形成的化合物穩定性較弱，所以與乙二胺形成的化合物穩定性相對較高的是Cu2+；

(3) Li2O屬于離子晶體，離子之間以離子鍵結合，離子鍵是一種強烈的相互作用，斷裂消耗較高的能量，因此物質的熔點較高；而P4O6屬于分子晶體，分子之間以微弱的分子間作用力結合，斷裂消耗較低能量，因此P4O6晶體熔沸點比較低；

(4)①在金剛砂中，每個C原子與相鄰的4個Si形成共價鍵，每個Si原子與相鄰的4個C原子形成共價鍵，這種結構向空間擴展，就形成了立體網狀結構，因此金剛砂很硬，二者原子個數比是1：1，所以其化學式是SiC；

②由于金剛石、晶體硅、碳化硅都是原子晶體，原子之間以共價鍵結合，由于原子半徑C<Si，所以鍵長：C-C<C-Si<Si-Si，鍵長越短，原子之間結合力就越強，鍵能就越大，斷裂共價鍵使物質熔化消耗的能量就越高，所以三種物質的熔點由高到低的順序為：金剛石>碳化硅>晶體硅；

③在金剛石晶胞中C原子處在立方體的8個頂點，6個面心，體內有4個，金剛石晶胞中碳原子數目為：4+8×+6×=8，立方氮化硼結構與金剛石相似，其晶胞與金剛石晶胞含有相同原子總數，由氮化硼化學式BN可推知，一個晶胞中各含有4個B原子、4個N原子，晶胞質量m=4×g，晶胞的體積V=(361.5×10-10)3cm3，故立方氮化硼的密度ρ=g/cm3= g/cm3。