Question

【題目】C、N和Si能形成多種高硬度材料，如SiN4、C3N4、SiC

(1)Si3N4和C3N4中硬度較高的是________，理由是_____________。

(2)C和N能形成一種類石墨結(jié)構(gòu)材料，其合成過程如下圖所示。該類石墨結(jié)構(gòu)材料化合物的化學(xué)式為_______，其合成過程中有三聚氰胺形成，三聚氰胺中N原子的雜化方式有________。

(3)C和N能形成一種五元環(huán)狀有機(jī)物咪唑(簡寫為im)，其結(jié)構(gòu)為�；�合物[Co(im)6]SiF6的結(jié)構(gòu)示意圖如下：

①陽離子[Co(im)6]2+和SiF62—之間除了陰陽離子間的靜電作用力，還存在氫鍵作用寫出該氫鍵的表示式：_______。(例如水中氫鍵的表示式為)

②多原子分子中各原子若在同一平面，且有相互平行的p軌道，則p電子可在多個(gè)原子間運(yùn)動(dòng)，形成“離域π鍵”，如SO2分子中存在“離域π鍵” π34，則im分子中存在的“離域π鍵”是______。

(4)－SiC為立方晶系晶體，該晶胞中原子的坐標(biāo)參數(shù)為

C：（0,0，0）；；；；……

Si：；；；

則－SiC立方晶胞中含有_____個(gè)Si原子、________個(gè)C原子。

Answer 1

【答案】C3N4 兩者同屬原子晶體(答兩者結(jié)構(gòu)相似)，C的原子半徑小于Si,與Si-N相比，C-N的鍵長短、鍵能大 C3N4 sp2、sp3 π56 4 4

【解析】

(1)原子晶體中，成鍵的原子半徑越小，則鍵長越小、鍵能越大，其硬度就越大。所以Si3N4和C3N4中硬度較高的是C3N4原因是兩者同屬原子晶體，C的原子半徑小于Si,與Si-N相比，C-N的鍵長短、鍵能大，故答案為：C3N4；兩者同屬原子晶體(答兩者結(jié)構(gòu)相似)，C的原子半徑小于Si,與Si-N相比，C-N的鍵長短、鍵能大；

(2)由結(jié)構(gòu)可知，每個(gè)碳原子與3個(gè)氮原子形成2個(gè)單鍵和1個(gè)雙鍵，由于氮元素的非金屬性強(qiáng)于碳元素，故碳元素顯+4價(jià)、氮元素顯-3價(jià)，由此可判斷出該化合物的化學(xué)式為C3N4。三聚氰胺的環(huán)中N原子形成2個(gè)σ鍵,含有1對(duì)孤電子對(duì),雜化軌道數(shù)目為3,采取sp2雜化，氨基中N原子形成3個(gè)σ鍵，含有1對(duì)孤電子對(duì)，雜化軌道數(shù)目為4，采取sp3雜化，故答案為：C3N4；sp2、sp3；

（3）①氫鍵發(fā)生在非金屬強(qiáng)的原子和氫原子之間，在該物質(zhì)中氫鍵可表示為，故答案為：；

②分子中三個(gè)C原子采取sp2雜化，每個(gè)C原子都有1個(gè)p電子，形成3個(gè)σ鍵的N原子采取sp3雜化，含有1對(duì)p電子，形成2個(gè)σ鍵的N原子采取sp2雜化，含有1個(gè)p電子，五個(gè)原子上的6個(gè)p電子參與形成離域π鍵，可表示為π56，故答案為：π56；

（4）從該晶胞中原子的坐標(biāo)參數(shù)可知，碳原子位于晶胞的8個(gè)頂點(diǎn)和6個(gè)面心。每個(gè)頂點(diǎn)參與形成8個(gè)晶胞，每個(gè)面心參與形成2個(gè)晶胞，根據(jù)均攤法可以計(jì)算出一個(gè)晶胞中有4個(gè)碳原子，而4個(gè)硅原子位于晶胞內(nèi)部，所以SiC立方晶胞中含有4個(gè)Si原子、4個(gè)C原子，故答案為：4；4。