Question

【題目】C、N和Si能形成多種高硬度材料，如、、SiC

（1）和中硬度較高的是______，理由是______。

（2）和N能形成一種類石墨結(jié)構(gòu)材料，其合成過程如圖1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）和N能形成一種五元環(huán)狀有機物咪唑簡寫為，其結(jié)構(gòu)為化合物的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2：

①陽離子和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電子可在多個原子間運動，形成“離域鍵”，如分子中存在“離域鍵”，則im分子中存在的“離域鍵”是______。

（4）為立方晶系晶體，該晶胞中原子的坐標(biāo)參數(shù)為

C：；；0，，；；

Si：；；；

則立方晶胞中含有______個Si原子、______個C原子。

Answer 1

【答案】 兩者同屬原子晶體或兩者結(jié)構(gòu)相似，C的原子半徑小于Si，與相比，的鍵長短、鍵能大 、 4 4

【解析】

二者均為原子晶體，原子半徑越小，共價鍵鍵長越短，鍵能越大，硬度越大；

環(huán)上N原子形成2個鍵、含有1對孤電子對，氨基中N原子形成3個鍵、含有1對孤電子對，雜化軌道數(shù)目分別為3、4；

原子與N原子連接的H原子之間形成氫鍵；

五個原子上的6個p電子參與形成離域鍵；

由C、Si參數(shù)可知，C原子處于晶胞的頂點、面心。Si處于晶胞內(nèi)部，且Si與周圍最近的4個C原子形成正四面體結(jié)構(gòu)，將金剛石晶胞內(nèi)部的碳原子替換為Si即為晶胞結(jié)構(gòu)。

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。所以和中硬度較高的是原因是兩者同屬原子晶體，C的原子半徑小于Si，與相比，的鍵長短、鍵能大；

由結(jié)構(gòu)可知，每個碳原子與3個氮原子形成2個單鍵和1個雙鍵，由于氮元素的非金屬性強于碳元素，故碳元素顯價、氮元素顯價，由此可判斷出該化合物的化學(xué)式為三聚氰胺的環(huán)中N原子形成2個鍵，含有1對孤電子對，雜化軌道數(shù)目為3，采取雜化，氨基中N原子形成3個鍵，含有1對孤電子對，雜化軌道數(shù)目為4，采取雜化；

氫鍵發(fā)生在非金屬強的原子和氫原子之間，在該物質(zhì)中氫鍵可表示為；

分子中三個C原子采取雜化，每個C原子都有1個p電子，形成3個鍵的N原子采取雜化，含有1對p電子，形成2個鍵的N原子采取雜化，含有1個p電子，五個原子上的6個p電子參與形成離域鍵，可表示為；

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個頂點和6個面心。每個頂點參與形成8個晶胞，每個面心參與形成2個晶胞，根據(jù)均攤法可以計算出一個晶胞中有4個碳原子，而4個硅原子位于晶胞內(nèi)部，所以SiC立方晶胞中含有4個Si原子、4個C原子。