Question

【題目】據報道復旦大學修發賢教授課題組成功制備出砷化鈮納米帶，并觀測到其表面態具有百倍于金屬銅薄膜和千倍于石墨烯的導電性。相關研究論文已在線發表于權威科學期刊《自然》。回答下列問題：

（1）鈮元素(Nb)為一種金屬元素，其基態原子的核外電子排布式為[Kr]4d55s1。下列是Nb的不同微粒的核外電子排布式，其中失去最外層1個電子所需能量最小的是___（填標號）。

a.[Kr]4d35s15p1b.[Kr]4d45s1c.Kr]4d2d.Kr]4d3

（2）砷為第VA族元素，砷可以與某些有機基團形成有機化合物，如(ClCH=CH)2AsCl，其中As原子與2個C原子、1個Cl原子形成的VSEPR模型為____。

（3）英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁諾沃肖洛夫用微機械剝離法成功從石墨中分離出石墨烯，因此共同獲得2010年諾貝爾物理學獎；而石墨烯具有優異的光學、電學、力學特性在材料學、微納加工、能源、生物醫學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景，被認為是一種未來革命性的材料。

已知“石墨烯”的平面結構如圖所示，一定條件下石墨烯與H2發生加成反應生成石墨烷，石墨烷中碳原子雜化類型是___，石墨烯導電的原因是____。

（4）石墨烯也可采用化學方法進行制備如采用六氯苯、六溴苯作為原料可制備石墨烯。下表給出了六氯苯、六溴苯、苯六酸俗名為蜜石酸的熔點和水溶性：

物質	六氯苯	六溴苯	苯六酸
熔點/℃	231	325	287
水溶性	不溶	不溶	易溶

六溴苯的熔點比六氯苯高的原因是____，苯六酸與六溴苯、六氯苯的水溶性存在明顯的差異本質原因是___。

（5）出于以更高效率利用太陽光等目的研制出金紅石型鈮氧氮化物(NbON)，比以往的光學半導體更能夠吸收長波長側的光，作為光學半導體的新材料。該化合物的晶胞有如圖所示的兩種構型，若晶胞的邊長為apm，該晶體的密度為__g·cm-3。（NA是阿伏加德羅常數的值，相關原子量：Nb—93）

Answer 1

【答案】a 四面體形 sp3 石墨烯中每個碳原子垂直于層平面的2p軌道上的電子，都參與形成了貫穿全層的多原子的大鍵，因而具有優良的導電性 兩者結構相似，六溴苯的相對分子質量大于六氯苯，形成的范德華力強，熔點高 苯六酸含多個羧基，與水分子形成氫鍵，從而易溶于水，六氯苯、六溴苯為非極性分子，難溶于水

【解析】

（1）激發態失去最外層1個電子所需能量最小；

（2）As原子與2個C原子、1個Cl原子形成共價鍵，還有一對孤電子對；

（3）石墨烷中碳原子形成4個共價鍵，雜化類型為sp3；石墨烯中每個碳原子垂直于層平面的2p軌道上的電子，都參與形成了貫穿全層的多原子的大鍵，因而具有優良的導電性；

（4）分子晶體，結構相似，相對分子質量越大，形成的范德華力強，熔點高；苯六酸含多個羧基，與水分子能形成氫鍵；六氯苯、六溴苯為非極性分子，根據相似相溶原理，均難溶于水；

（5）根據計算。

（1）Nb元素的基態原子的核外電子排布式為[Kr]4d55s1，失去最外層1個電子所需能量， [Kr]4d35s15p1屬于激發態的電子排布式，所以失去最外層1個電子所需能量最小的a，故答案為：a；

（2）As原子與2個C原子、1個Cl原子形成共價鍵，還有一對孤電子對，其VSEPR模型為四面體形，故答案為：四面體形；

（3）石墨烯與H2發生加成反應生成石墨烷，石墨烷中碳原子形成4個共價鍵，雜化類型為sp3；石墨烯中每個碳原子垂直于層平面的2p軌道上的電子，都參與形成了貫穿全層的多原子的大鍵，因而具有優良的導電性，故答案為：sp3；石墨烯中每個碳原子垂直于層平面的2p軌道上的電子，都參與形成了貫穿全層的多原子的大鍵，因而具有優良的導電性；

（4）六溴苯和六氯苯均屬于分子晶體，且結構相似，六溴苯的相對分子質量大于六氯苯，形成的范德華力強，熔點高；苯六酸含多個羧基，與水分子能形成氫鍵，從而易溶于水，六氯苯、六溴苯為非極性分子，根據相似相溶原理，均難溶于水，故答案為：兩者結構相似，六溴苯的相對分子質量大于六氯苯，形成的范德華力強，熔點高；苯六酸含多個羧基，與水分子形成氫鍵，從而易溶于水，六氯苯、六溴苯為非極性分子，難溶于水；

（5）根據晶胞圖可知，該晶胞中含有2個Nb原子，2個O原子，2個N原子，所以，故答案為：；