Question

Ⅰ.下列說法中正確的是 。

A．SO2和O3、PO43-和ClO4-互為等電子體

B．甲烷分子失去一個H＋，形成CH3-，其碳原子的雜化類型發生了改變

C．Ti原子的核外電子排布式為[Ar]3d34s2

D．CS2、H2O、C2H2都是直線形分子

E．CH4、BCl3、CO2都是含有極性鍵的非極性分子

Ⅱ.立方氮化硼是一種自然界不存在的人工合成超硬材料，硬度僅次于金剛石，是超硬材料領域的最重要成就之一。請回答下列問題：

(1)在第二周期，原子的第一電離能一般隨核電荷數的增大而逐漸 ，比較下列原子的第一電離能：Be B，N O(填“＞”“<”)，其原因是 。

(2)如圖為立方氮化硼的晶胞，則氮化硼的化學式為 ，該晶體中B原子填充N原子的 空隙。若該晶胞的邊長為a cm，那么該晶體的密度為 g/cm3(只要求列出算式)。

(3)立方氮化硼的晶體結構與金剛石的結構相似，但其熔點比金剛石的低，試分析其原因： 。

(4)立方氮化硼由六方氮化硼在高溫高壓下制備，六方氮化硼又稱“白石墨”，結構和許多性質與石墨相似，六方氮化硼中N原子的雜化軌道類型為 ，請畫出六方氮化硼的平面結構示意圖(用“○”代表N原子，用“●”代表B原子，每種原子不少于7個)。

 

Answer 1

(Ⅰ)AE

(Ⅱ)(1)增大 ＞ ＞ Be原子中2s軌道處于全充滿狀態，N原子中2p軌道處于半充滿狀態，是比較穩定的狀態，故它們的第一電離能高于兩邊相鄰的原子

(2)BN 四面體

(3)立方氮化硼晶體中氮硼鍵的鍵長比金剛石晶體中碳碳鍵的鍵長要長，故熔點比金剛石的低

(4)sp2

【解析】(Ⅰ)甲烷失去氫離子，其雜化類型沒有發生變化，Ti的基態原子核外電子排布為[Ar]3d24s2，水是Ⅴ形分子。同一周期元素的第一電離能隨著原子序數的增大而逐漸增大，但也有特殊情況，如第二周期：Be＞B＞N＞O，這與Be全充滿、N半充滿的結構穩定有關。

(Ⅱ)根據立方氮化硼的晶胞結構圖可知，該晶胞中含有4個B原子、4個N原子，故氮化硼的分子式為BN。B原子填在氮原子的正四面體結構中，每一個晶胞的體積為a3 cm3，阿伏加德羅常數個晶胞的體積為NA a3 cm3，BN的質量為24.8 g/mol×4mol＝99.2 g，BN的密度為g/cm3。BN熔點比金剛石低的原因與化學鍵的強度有關，B—N鍵的鍵長大于C—C鍵的鍵長。立方氮化硼結構和性質與石墨相似，因此B、N原子均采用sp2雜化，在平面結構示意圖中兩原子交替出現。