Question

【題目】離子液體是一類具有很高應(yīng)用價(jià)值的綠色溶劑和催化劑，其中的EMIM＋由H、C、N三種元素組成，結(jié)構(gòu)如下圖所示�；卮鹣铝袉栴}：

(1)碳原子價(jià)層電子的軌道表達(dá)式為______，基態(tài)碳原子中，核外電子占據(jù)的最高能級的電子云輪廓圖為______形。

(2)根據(jù)價(jià)層電子對互斥理論，NH3、、中，中心原子價(jià)層電子對數(shù)不同于其他兩種粒子的是_______。NH3比PH3的沸點(diǎn)高，原因是____________。

(3)氮元素的第一電離能比同周期相鄰元素都大的原因是____________。

(4)EMIM＋中，碳原子的雜化軌道類型為________。分子中的大π鍵可用符號表示，其中n代表參與形成的大π鍵原子數(shù)，m代表參與形成的大π鍵電子數(shù)(如苯分子中的大π鍵可表示為)，則EMIM＋中的大π鍵應(yīng)表示為________。

(5)立方氮化硼硬度僅次于金剛石，但熱穩(wěn)定性遠(yuǎn)高于金剛石，其晶胞結(jié)構(gòu)如下圖所示。立方氮化硼屬于______晶體，其中硼原子的配位數(shù)為_____。已知：立方氮化硼密度為d g/cm3，B原子半徑為x pm，N原子半徑為y pm，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，則該晶胞中原子的空間利用率為_______(列出化簡后的計(jì)算式)。

Answer 1

【答案】 啞鈴 NH3 氨分子間存在氫鍵 基態(tài)氮原子電子占據(jù)的最高能級為半充滿，較穩(wěn)定 sp2、sp3 原子 4 ×100%

【解析】

根據(jù)構(gòu)造原理、泡利原理和洪特規(guī)則寫出碳原子的價(jià)層電子軌道表示式；根據(jù)價(jià)層電子對互斥理論計(jì)算中心原子價(jià)層電子對數(shù)；根據(jù)大π鍵的書寫方法和EMIM＋的結(jié)構(gòu)表示EMIM＋里的大π鍵；根據(jù)晶體的物理特征判斷立方氮化硼的晶體類型，根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)判斷B原子的配位數(shù)和計(jì)算晶胞中的原子利用率。

(1)碳原子價(jià)電子排布式為2s22p2，所以價(jià)層電子的軌道表達(dá)式為；基態(tài)碳原子核外電子占據(jù)的最高能級為2p，p軌道的電子云輪廓圖為啞鈴形。

(2)NH3中N原子價(jià)層電子對個(gè)數(shù)＝3＋(5-3×1)＝4，NO3－中N原子價(jià)層電子對個(gè)數(shù)＝3＋(5＋1－3×2)＝3；NO2－中N原子價(jià)層電子對個(gè)數(shù)＝2＋(5＋1－2×2)＝3，所以中心原子價(jià)層電子對數(shù)不同于其他兩種粒子的是NH3；NH3比PH3的沸點(diǎn)高是因?yàn)榘狈肿娱g存在氫鍵。

(3)ⅤA族元素的第一電離能比同周期相鄰元素的都大，是因?yàn)棰?/span>A族元素的最高能級p軌道上的電子為半充滿狀態(tài)，能量低，較穩(wěn)定，失去一個(gè)電子需要的能量多，所以氮元素的第一電離能比同周期相鄰元素都大。

(4)根據(jù)EMIM＋的結(jié)構(gòu)圖可知，甲基和亞甲基上的碳原子的雜化方式為sp3，環(huán)上的碳原子的雜化方式為sp2；五元環(huán)中存在大π鍵，參與形成大π鍵的原子總數(shù)為5個(gè)，每個(gè)氮原子提供2個(gè)電子，每個(gè)碳原子提供1個(gè)電子，失去一個(gè)電子后，共有6個(gè)電子形成大π鍵，可用符號表示。

(5)立方氮化硼硬度僅次于金剛石，晶體類型類似于金剛石，是原子晶體；晶胞中每個(gè)N原子連接4個(gè)B原子，晶胞中N原子數(shù)為4，B原子數(shù)＝8×＋6×＝4，氮化硼化學(xué)式為BN，所以晶胞中每個(gè)B原子也連接4個(gè)N原子，即硼原子的配位數(shù)為4；晶胞的質(zhì)量m＝g＝g，晶胞的體積V＝＝ cm3＝cm3，B、N原子總體積V′＝4×[]＝×(x3＋y3)×10－30cm3，晶胞中原子的空間利用率＝×100%＝×100%＝×100%。