Question

20．新華網(wǎng)合肥2011年7月21日電，安徽省礦產(chǎn)資源儲量評審中心公布：安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局在本省金寨縣沙坪溝探明一處世界級的巨型鉬礦，鉬金屬總儲量達(dá)到220萬噸以上，潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值超過6 000億元，鉬是制備二維材料的重要金屬，英國科學(xué)家因制備二維晶體材料--石墨烯獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，他們利用“膠帶+鉛筆”制得單層石墨烯（即從石墨表面剝離下來僅一個(gè)原子厚度的材料）．之后，人們又制備出一些氮化硼和二硫化鉬的二維晶體．根據(jù)材料提供的信息，回答相關(guān)問題．
（1）已知鉻的原子序數(shù)為24，鉬原子和鉻原子的電子排布相似，鉻原子比鉬原子少18個(gè)電子，寫出鉬（Mo）原子外圍電子排布式：4d⁵5s¹．
（2）鉬晶體類型是金屬晶體，粒子之間作用力是金屬鍵．
（3）二維晶體二硫化鉬、石墨烯都是平面結(jié)構(gòu)，石墨烯中碳原子的雜化軌道類型是sp²雜化．
（4）氮化硼（BN）是一種重要的功能陶瓷材料，有多種晶體結(jié)構(gòu)，如二維結(jié)構(gòu)．第一電離能介于B、N之間的第二周期元素有3種．
（5）①在與石墨結(jié)構(gòu)相似的六方氮化硼晶體中，層內(nèi)B原子與N原子之間的化學(xué)鍵為共價(jià)鍵，層間作用力為范德華力；六方氮化硼晶體的層內(nèi)B原子數(shù)與B-N鍵數(shù)之比為1：3．推知：六方氮化硼晶體的硬度小（填“大”、“小”或“無法判斷”），理由是：由于層與層之間范德華力很弱，其硬度�。�
②六方氮化硼在高溫高壓下，可以轉(zhuǎn)化為立方氮化硼，其結(jié)構(gòu)與金剛石相似，硬度與金剛
石相當(dāng)，晶胞邊長為361.5pm，立方氮化硼的密度是$\frac{25×4}{（361.5×1{0}^{-10}）^{3}N{\;}_{A}}$g•cm^-3（只要求列算式，不必計(jì)算出數(shù)值，阿伏加德羅常數(shù)為N_A）．

Answer 1

分析 （1）原子序數(shù)為24，基態(tài)原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹，鉬原子和鉻原子的電子排布相似，鉻原子比鉬原子少18個(gè)電子，則核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d⁵5s¹；
（2）鉬為金屬晶體；金屬晶體間存在金屬鍵；
（3）根據(jù)價(jià)層電子對互斥理論確定其雜化方式；
（4）同一周期元素，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)增大而增大，但第IIA族、第VA族元素第一電離能大于其相鄰元素來解答；
（5）①在與石墨結(jié)構(gòu)相似的六方氮化硼晶體中，層內(nèi)B原子與N原子之間的化學(xué)鍵為共價(jià)鍵，層間作用力為范德華力；六方相氮化硼晶體層內(nèi)一個(gè)硼原子與相鄰氮原子形成3個(gè)共價(jià)單鍵；六方氮化硼晶體重由于層與層之間范德華力很弱，其硬度��；
②金剛石晶胞是立方體，其中8個(gè)頂點(diǎn)有8個(gè)碳原子，6個(gè)面各有6個(gè)碳原子，立方體內(nèi)部還有4個(gè)碳原子，如圖所示：所以金剛石的一個(gè)晶胞中含有的碳原子數(shù)=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$+4=8，因此立方氮化硼晶胞中應(yīng)該含有4個(gè)N和4個(gè)B原子．一個(gè)晶胞中的質(zhì)量為$\frac{25g}{N{\;}_{A}}$，一個(gè)立方氮化硼晶胞的體積是（361.5pm）³，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算密度．

解答 解：（1）原子序數(shù)為24，基態(tài)原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹，鉬原子和鉻原子的電子排布相似，鉻原子比鉬原子少18個(gè)電子，則核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d⁵5s¹；4鉬（Mo）原子外圍電子排布式：4d⁵5s¹；  
故答案為：4d⁵5s¹；  
（2）鉬晶體類型是金屬晶體，粒子之間作用力是金屬鍵；
故答案為：金屬晶體；金屬鍵；
（3）石墨烯中碳原子形成3個(gè)σ鍵，無孤電子對，sp²雜化；
故答案為：sp²雜化；
（4）同一周期元素，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)呈增大趨勢，但第IIA族、第VA族元素第一電離能大于其相鄰元素，Li、Be、B、C、N、O、F、Ne元素處于第二周期，第一電離能由大到小的順序是：Ne＞F＞N＞O＞C＞Be＞B＞Li，第一電離能介于B、N之間的第二周期元素有3種；
故答案為：3；
（5）①在與石墨結(jié)構(gòu)相似的六方氮化硼晶體中，層內(nèi)B原子與N原子之間的化學(xué)鍵為共價(jià)鍵，層間作用力為范德華力；六方相氮化硼晶體層內(nèi)一個(gè)硼原子與相鄰氮原子形成3個(gè)共價(jià)單鍵，六方氮化硼晶體的層內(nèi)B原子數(shù)與B-N鍵數(shù)之比為1：3；該物質(zhì)的層狀結(jié)構(gòu)中不存在自由移動(dòng)的電子，所以不導(dǎo)電，
故答案為：3：1；六方氮化硼晶體屬于混合型晶體，由于層與層之間范德華力很弱，其硬度小
故答案為：共價(jià)鍵；范德華力； 1：3；��；由于層與層之間范德華力很弱，其硬度小；
②金剛石晶胞是立方體，其中8個(gè)頂點(diǎn)有8個(gè)碳原子，6個(gè)面各有6個(gè)碳原子，立方體內(nèi)部還有4個(gè)碳原子，如圖所示：所以金剛石的一個(gè)晶胞中含有的碳原子數(shù)=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$+4=8，因此立方氮化硼晶胞中應(yīng)該含有4個(gè)N和4個(gè)B原子．一個(gè)晶胞中的質(zhì)量為$\frac{25g}{N{\;}_{A}}$×4，一個(gè)立方氮化硼晶胞的體積是（361.5pm）³，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{25×4}{（361.5×1{0}^{-10}）^{3}N{\;}_{A}}$g•m^-3；
故答案為：$\frac{25×4}{（361.5×1{0}^{-10}）^{3}N{\;}_{A}}$．

點(diǎn)評 本題考查較為全面，涉及到核外電子排布、分子空間構(gòu)型、雜化類型的判斷以及有關(guān)晶體的計(jì)算，但解題具有較強(qiáng)的方法性和規(guī)律性，學(xué)習(xí)中注意總結(jié)如何書寫電子排布式，有關(guān)晶體計(jì)算等方法．