Question

【題目】周期表前三周期元素A、B、C、D，原子序數依次增大，A的基態原子的L層電子是K層電子的兩倍；B的價電子層中的未成對電子有3個；C與B同族；D的最高價含氧酸為酸性最強的無機含氧酸。請回答下列問題：

(1)C的基態原子的電子排布式為_____________；D的最高價含氧酸酸性比其低兩價的含氧酸酸性強的原因是___________________________。

(2)雜化軌道分為等性和不等性雜化，不等性雜化時在雜化軌道中有不參加成鍵的孤電子對的存在。A、B、C都能與D形成中心原子雜化方式為____________的兩元共價化合物。其中，屬于不等性雜化的是____________(寫化學式)。以上不等性雜化的化合物價層電子對立體構型為_________，分子立體構型為_______________________________。

(3)以上不等性雜化化合物成鍵軌道的夾角________(填“大于”、“等于”或“小于”)等性雜化的化合物成鍵軌道間的夾角。

(4)A和B能形成多種結構的晶體。其中一種類似金剛石的結構，硬度比金剛石還大，是一種新型的超硬材料。其結構如下圖所示(圖1為晶體結構，圖2為切片層狀結構)，其化學式為________________。實驗測得此晶體結構屬于六方晶系，晶胞結構見圖3。已知圖示原子都包含在晶胞內，晶胞參數a＝0.64 nm，c＝0.24 nm。其晶體密度為________________(已知：＝1.414，＝1.732, 結果精確到小數點后第2位)。

Answer 1

【答案】 1s22s22p63s23p3 高氯酸中非羥基氧原子為3個，氯酸中為2個(或高氯酸中Cl元素為＋7價，吸引羥基氧原子的能力很強，而氯酸中Cl元素為＋5價對羥基氧原子吸引能力較弱) sp3雜化 NCl3 、PCl3 四面體形 三角錐形 小于 C3N4 3.59 g·cm－3

【解析】周期表前三周期元素A、B、C、D，原子序數依次增大，A的基態原子的L層電子是K層電子的兩倍，則A為碳元素；B的價電子層中的未成對電子有3個，則B為氮元素；C與B同族，則C為磷元素；D的最高價含氧酸為酸性最強的無機含氧酸，則D為氯元素。

（1）C為P元素，原子核外有15個電子，基態原子的電子排布式為：1s22s22p63s23p3 ；D為Cl元素，最高價含氧酸為HClO4，比其低兩價的含氧酸是HClO3，高氯酸中非羥基氧原子為3個，氯酸中為2個(或高氯酸中Cl元素為＋7價，吸引羥基氧原子的能力很強，而氯酸中Cl元素為＋5價對羥基氧原子吸引能力較弱)，所以高氯酸酸性比氯酸強。

（2）C、N、P與Cl形成兩元共價化合物為CCl4、NCl3、PCl3，中心原子都為sp3雜化；雜化后得到的雜化軌道完全相同就是等性雜化，如甲烷中的sp3雜化，得到4個完全相同的sp3雜化軌道；雜化后得到的雜化軌道至少存在兩個不同的，就是非等性雜化，如氨分子中N原子、PCl3中的P原子，雖是sp3雜化，雜化后的雜化軌道不完全相同，所以屬于不等性雜化；以上不等性雜化的化合物價層電子對立體構型為四面體形，分子立體構型為三角錐形。

（3）因為孤電子對對成鍵電子對的排斥力較大，所以不等性雜化化合物成鍵軌道的夾角小于等性雜化的化合物成鍵軌道間的夾角。

（4）根據晶胞結構，每個C原子與4個N原子以共價鍵相連，每個N原子與3個C原子以共價鍵相連，所以氮化碳的化學式為C3N4；從圖3可以看出，一個C3N4晶胞包括6個C原子和8個N原子，則其晶體密度為ρ= =3.59 gcm-3。