Question

【題目】人類對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索永無止境。回答下列問題：

（1）碳硼烷酸［化學(xué)式為H(CHB11Cl11)是目前世界上已知的最強(qiáng)酸，但腐蝕性很小，可以作為無污染的酸催化劑�，F(xiàn)代化學(xué)中常利用的___特征譜線來鑒定元素。組成碳硼烷酸的4種元素中，基態(tài)原子中未成對(duì)電子數(shù)最多的是___（填電子排布式）。

（2）石墨炔是我國(guó)科學(xué)家在2010年首次制得一種新的碳的同素異形體，其中一種結(jié)構(gòu)如圖所示，石墨炔中碳原子的雜化類型為___。

（3）硼元素具有缺電子性。自然界中含硼元素的鈉鹽是—種天然礦藏，其化學(xué)式寫作Na2B4O710H2O，實(shí)際上它的結(jié)構(gòu)單元是由兩個(gè)H3BO3和兩個(gè)[B(OH)4]-縮合而成的雙六元環(huán)，應(yīng)該寫成Na2［B4O5(OH)4]8H2O。其結(jié)構(gòu)如圖所示，它的陰離子可形成鏈狀結(jié)構(gòu)，則該晶體中不存在的作用力是___(填字母）。

A.離子鍵 B.共價(jià)鍵 C.金屬鍵 D.范德華力 E.氫鍵

（4）鎵與硼元素處于同一主族，GaN是制造5G芯片的材料，可發(fā)出紫外光。

①科學(xué)家合成了一種陽(yáng)離子為“N5n+”其結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，5個(gè)N排成“V”形，每個(gè)N原子的最外層都達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)、且含有2個(gè)氮氮三鍵；此后又合成了一種含有“N5n+”化學(xué)式為“N8”的離子晶體，N8中陰離子的空間構(gòu)型為___，寫出一種與其互為等電子體的分子___（填化學(xué)式）。

②Ga和As兩種元素電負(fù)性相差不大，能形成化合物GaAs。GaAs的熔點(diǎn)為1238℃，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。

已知GaAs與GaN具有相同的晶胞結(jié)構(gòu)，則二者晶體的類型均為___，GaAs的熔點(diǎn)___（填“高于”或“低于”)GaN，其理由是___。若Ga和As的原子半徑分別為rGa和rAs，則GaAs晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為___（列出計(jì)算式即可）。

Answer 1

【答案】原子光譜 1s22s22p2 sp、sp2 C 直線形 N2O或CO2 原子晶體 低于 N原子半徑小，Ga—N鍵長(zhǎng)短，共價(jià)鍵鍵能大 ×100%

【解析】

(1)現(xiàn)代化學(xué)中常利用的原子光譜特征譜線來鑒定元素，按原子排布規(guī)律找出氫、碳、硼、氯的基態(tài)原子中未成對(duì)電子數(shù)最多的是碳；

(2)石墨炔中碳原子的雜化類型與碳碳鍵的類型相關(guān)，據(jù)此回答；

(3)根據(jù)Na2B4O5(OH)4]8H2O的結(jié)構(gòu)示意圖，分析其晶體類型及存在的微粒間的作用力，據(jù)此回答；

(4)①按信息——陽(yáng)離子“N5n+”結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，5個(gè)N排成“V”形，每個(gè)N原子的最外層都達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)、且含有2個(gè)氮氮三鍵，則為N5+，則N8中陰離子為N3-，按等電子體的內(nèi)涵確定其分子的空間構(gòu)型、書寫其等電子體的分子式；

②按信息——Ga和As兩種元素電負(fù)性相差不大，能形成共價(jià)化合物GaAs。GaAs的熔點(diǎn)為1238℃，判斷晶體的類型，按影響熔點(diǎn)高低的因素判斷GaAs 、GaN熔點(diǎn)高低及理由，并按均攤法計(jì)算GaAs晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率；

(1)每一種元素都有唯一特定的原子光譜，現(xiàn)代化學(xué)中，常利用上原子光譜的特征譜線來鑒定元素；按原子排布規(guī)律氫、碳、硼、氯的基態(tài)原子中未成對(duì)電子數(shù)分別為1、2、1、1，則未成對(duì)電子數(shù)最多的是碳，其電子排布式為1s22s22p2；

答案為：原子光譜；1s22s22p2；

(2)碳碳叁鍵中C原子價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)是2且不含孤電子對(duì)，所以雜化方式為sp；苯環(huán)中的每個(gè)碳原子形成3個(gè)δ鍵，無孤電子對(duì)，采取sp2雜化；

答案為：sp、sp2；

(3) 根據(jù)Na2B4O5(OH)4]8H2O的結(jié)構(gòu)示意圖，其晶體內(nèi)有陰陽(yáng)離子、有水分子、有配位鍵，則知含有離子鍵、共價(jià)鍵、范德華力、氫鍵，但沒有金屬鍵，因?yàn)榻饘冁I只存在于金屬晶體中；

答案為：C；

(4) ①按信息——陽(yáng)離子“N5n+”結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，5個(gè)N排成“V”形，每個(gè)N原子的最外層都達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)、且含有2個(gè)氮氮三鍵，滿足條件的結(jié)構(gòu)為：，則為N5+，則“N8”的離子晶體是由N5+和N3-形成的，N8中陰離子為N3-，其中的陰離子中原子個(gè)數(shù)是3、價(jià)電子數(shù)是16，所以其等電子體有N2O或CO2，則其空間構(gòu)型為直線形；

答案為：直線形；N2O或CO2；

②按信息——Ga和As兩種元素電負(fù)性相差不大，故化合物GaAs內(nèi)是共價(jià)鍵，晶體熔點(diǎn)為1238℃，則可判斷為原子晶體，共價(jià)鍵越牢固，原子晶體熔點(diǎn)越高，由于N、As屬于同一主族的元素，原子半徑N比As小，Ga—N鍵長(zhǎng)短，共價(jià)鍵鍵能大，則熔點(diǎn)GaAs比GaN的低；

根據(jù)均攤法計(jì)算，晶胞內(nèi)As原子數(shù)目，Ga原子數(shù)目：4×1=4，故其晶胞中原子所占的體積為，晶胞的體積為： ，則原子的體積占晶胞體積的百分率為×100%；

答案為：原子晶體；低于；N原子半徑小，Ga—N鍵長(zhǎng)短，共價(jià)鍵鍵能大；×100%。