【題目】氮化鋁(AlN)陶瓷是一種新型無機(jī)非金屬材料, 最高可穩(wěn)定到2473K, 導(dǎo)熱性好、熱膨脹系數(shù)小,是良好的耐熱沖擊材料。制取原理為:Al2O3+3C+N22A1N+3CO,回答下列問題:

(1)氮化鋁的晶體類型為________。在上述化學(xué)方程式中第二周期元素的第一電離能由小到大的順序是______。

(2)基態(tài)氧原子電子占據(jù)最高能級的原子軌道的形狀是________,未成對電子數(shù)為________。

(3)等電子體具有相似的結(jié)構(gòu)。CON2互為等電子體,CO分子中σ鍵與π鍵數(shù)目之比為_______。

(4)Cu2+處于:[Cu(NH3)4]2+的中心,若將配離子[Cu(NH3)4]2+中的2NH3換為CN-,則有2種結(jié)構(gòu),則Cu2+是否為sp3雜化________(填)理由為_________。

(5)AlN晶體結(jié)構(gòu)如圖所示,1Al原子周圍距離最近的Al原子數(shù)為______個;若晶胞結(jié)構(gòu)的高為a nm 底邊長為b nm,NA表示阿伏伽德羅常數(shù)的值,則其密度為_______g.cm-3(列出計算式)。

【答案】原子晶體 C<O<N 啞鈴形(或紡錘形) 2 12 若是sp3雜化[Cu(NH3)4]2+的空間構(gòu)型為正四面體形,將配離子[Cu(NH3)4]2+中的2NH3換為CN-,則只有1種結(jié)構(gòu) 12

【解析】

(1)原子晶體的熔沸點較高、硬度大,同一周期元素的電離能呈增大趨勢;

(2)根據(jù)O原子核外電子排布及各個能級的原子軌道的形狀確定未成對電子數(shù)目;

(3)等電子體結(jié)構(gòu)相似,結(jié)合共價單鍵都是σ鍵與π鍵,共價雙鍵一個是σ鍵,1個是π鍵;共價三鍵1σ鍵個2π鍵分析;

(4)根據(jù)將配離子[Cu(NH3)4]2+中的2NH3換為CN-,有2種結(jié)構(gòu),判斷Cu2+中原子雜化類型;

(5)利用均攤方法計算一個晶胞中含有的離Al原子最近的Al原子個數(shù),先計算一個晶胞中含有的Al、N原子數(shù)目,然后根據(jù)晶胞密度計算公式計算。

(1)由于原子晶體的熔沸點較高、硬度大,而氮化鋁(AlN)陶瓷最高可穩(wěn)定到2473K,說明原子間結(jié)合力強(qiáng),熔沸點高,屬于原子晶體;在上述反應(yīng)中涉及到的第二周期的元素有C、N、O三種元素,同一元素的電離能隨原子序數(shù)的增大而增大,但由于N原子最外層的p電子處于半充滿的穩(wěn)定狀態(tài),不容易失去電子,屬于其第一電離能比相鄰的O元素要大,故三種元素的第一電離能由小到大的順序是C<O<N;

(2)O8號元素,核外電子排布為1s22s22p4,可見基態(tài)氧原子電子占據(jù)最高能級是2p能級,其原子軌道的形狀是啞鈴形(或紡錘形),由于2p軌道數(shù)目是3 個,原子核外電子總是盡可能成單排列,而且自旋方向相同,一個軌道最多可容納2個電子,自旋方向相反,所以未成對電子數(shù)為2個;

(3) N2結(jié)構(gòu)簡式是N≡N,等電子體具有相似的結(jié)構(gòu)。CON2互為等電子體,所以CO分子中含有1σ鍵和2π鍵,因此CO分子中σ鍵與π鍵數(shù)目之比為12

(4)由于將配離子[Cu(NH3)4]2+中的2NH3換為CN-,有2種結(jié)構(gòu),說明[Cu(NH3)4]2+形成是平面正方形結(jié)構(gòu),Cu2+在平面正方形對角線的交點上;若是Cu2+采用sp3雜化,由于正四面體任何兩個頂點都處于相鄰位置,那么[Cu(NH3)4]2+的空間構(gòu)型為正四面體形,將配離子[Cu(NH3)4]2+中的2NH3換為CN-,則只有1種結(jié)構(gòu),所以Cu2+不是采用sp3雜化;

(5)由晶體結(jié)構(gòu)示意圖可知與Al原子連接的N原子構(gòu)成的是正四面體結(jié)構(gòu),與N原子連接的Al原子構(gòu)成的也是正四面體結(jié)構(gòu),則晶體中若Al原子處于立方體頂點上,可截圖為,可見頂點Al原子到面心最近Al原子最近,在一個晶胞中有3個這種Al原子,且通過該Al原子可形成8個晶胞,每個Al原子被計算了2次,因此與1Al原子周圍距離最近的Al原子數(shù)為=12個;也可以按照題圖畫實線部分截圖為。在該結(jié)構(gòu)圖中,底面為菱形,處于對位的兩個頂角分別為60°、120°,其中含有Al原子個數(shù)為Al=2,含有N原子數(shù)目為N=2,因此一個該結(jié)構(gòu)中含有2AlN,底面面積為S=b×(10-7 cm) b×(10-7 cm)=b2×10span>-14 cm2,晶胞高為a nm=a×10-7 cm,則該結(jié)構(gòu)體積V=b2×10-21 cm3,該結(jié)構(gòu)質(zhì)量m=g,所以該結(jié)構(gòu)(即晶胞)的密度為=g/cm3

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3)將等體積的ab、c三點所對應(yīng)的溶液用1 mol·L1NaOH溶液中和,消耗NaOH溶液體積由大到小的順序____________

4)要使c點溶液中c(CH3COO)增大而c(H)減小,可采取的兩種措施是加入____________

5)若實驗測得c點處溶液中c(CH3COOH)0.1 mol·L1,c(CH3COO)0.001 mol·L1,則該條件下CH3COOH的電離常數(shù)Ka___________

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