Question

11．物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)的性質(zhì)．請(qǐng)回答下列涉及物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的問題：
（1）第2周期中，元素的第一電離能處于B與N之間的元素有3種．
（2）某元素位于第4周期Ⅷ族，其基態(tài)原子的未成對(duì)電子數(shù)與基態(tài)碳原子的未成對(duì)電子數(shù)相同，則其基態(tài)原子的價(jià)層電子排布式為3d⁸4s²．
（3）氯和鉀與不同價(jià)態(tài)的銅可生成兩種化合物，這兩種化合物都可用于催化乙炔聚合，其陰離子均為無限長鏈結(jié)構(gòu)（如圖1），a位置上Cl原子的雜化軌道類型為sp³．已知其中一種化合物的化學(xué)式為KCuCl₃，另一種的化學(xué)式為K₂CuCl₃．

（4）氮化硼（BN）晶體有多種相結(jié)構(gòu)．六方相氮化硼是通常存在的穩(wěn)定相，與石墨相似，具有層狀結(jié)構(gòu)，可作高溫潤滑劑．立方相氮化硼是超硬材料，有優(yōu)異的耐磨性．它們的晶體結(jié)構(gòu)如圖2所示．

①關(guān)于這兩種晶體的說法，正確的是bc（填序號(hào)）；
a．立方相氮化硼含有σ鍵和π鍵，所以硬度大
b．六方相氮化硼層間作用力小，所以質(zhì)地軟
c．兩種晶體中的B-N鍵均為共價(jià)鍵
d．兩種晶體均為分子晶體
②六方相氮化硼晶體與石墨相似卻不導(dǎo)電，其原因是六方相氮化硼晶體的片狀結(jié)構(gòu)中沒有自由電子．
（5）如圖3，碳化硅的結(jié)構(gòu)與金剛石類似，其硬度僅次于金剛石，具有較強(qiáng)的耐磨性能．碳化硅晶胞結(jié)構(gòu)中每個(gè)碳原子周圍與其距離最近的硅原子有4個(gè)，與碳原子等距離最近的碳原子有12個(gè)．已知碳化硅晶胞邊長為a pm，碳化硅的密度為$\frac{1.6×1{0}^{32}}{{a}^{3}×{N}_{A}}$g•cm^-3．

Answer 1

分析 （1）同一周期元素中，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而呈增大趨勢(shì)，但第IIA族、第VA族元素第一電離能大于同周期相鄰元素的；
（2）某元素位于第四周期Ⅷ族，其基態(tài)原子的未成對(duì)電子數(shù)與基態(tài)碳原子的未成對(duì)電子數(shù)相同，碳原子的電子排布為1s²2s²2p²，未成對(duì)電子數(shù)為2，則該元素為Ni；
（3）a位置上Cl原子成2個(gè)單鍵，含有2對(duì)孤對(duì)電子，雜化軌道數(shù)為4；
一種化合物的化學(xué)式為KCuCl₃，其中銅元素為+2價(jià)，故另一種化合物中銅為+1價(jià)，陰離子構(gòu)成與CuCl₃一樣，但CuCl₃原子團(tuán)的化合價(jià)為-2；
（4）①a．立方相氮化硼中N原子與B原子之間形成單鍵；
b．六方相氮化硼層間作用力為范德華力；
c．兩種晶體中的B-N鍵均為共價(jià)鍵；
d．立方相氮化硼是超硬材料，有優(yōu)異的耐磨性，屬于原子晶體；
②六方相氮化硼晶體的片狀結(jié)構(gòu)中沒有自由電子；
（5）根據(jù)均攤法計(jì)算晶胞中Si、C原子數(shù)目，每個(gè)Si原子周圍有4個(gè)碳原子，原子配位數(shù)與原子數(shù)目成反比，可以計(jì)算碳原子周圍與其距離最近的硅原子數(shù)目；
以頂點(diǎn)C原子研究，與之距離最近的C原子位于面心上，每個(gè)頂點(diǎn)原子為8個(gè)晶胞共用，每個(gè)面為2個(gè)晶胞共用；
結(jié)合晶胞中原子數(shù)目，表示出晶胞質(zhì)量，再根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算晶體密度．

解答 解：（1）同一周期元素中，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而呈增大趨勢(shì)，半充滿的N原子和全充滿的Be原子第一電離能要比同周期相鄰元素的高，故第一電離能介于B、N之間的第二周期元素有Be、C、O三種元素，
故答案為：3；
（2）某元素位于第四周期Ⅷ族，其基態(tài)原子的未成對(duì)電子數(shù)與基態(tài)碳原子的未成對(duì)電子數(shù)相同，C原子的電子排布為1s²2s²2p²，未成對(duì)電子數(shù)為2，則該元素為Ni，其基態(tài)原子的價(jià)層電子排布式為3d⁸4s²，
故答案為：3d⁸4s²；
（3）a位置上Cl原子成2個(gè)單鍵，含有2對(duì)孤對(duì)電子，雜化軌道數(shù)為4，雜化軌道類型為：sp³，
一種化合物的化學(xué)式為KCuCl₃，其中銅元素為+2價(jià)，故另一種化合物中銅為+1價(jià)，CuCl₃原子團(tuán)的化合價(jià)為-2，其化學(xué)式為：K₂CuCl₃，
故答案為：sp³；K₂CuCl₃；
（4）①a．立方相氮化硼中N原子與B原子之間形成單鍵，不含π鍵，屬于原子晶體，所以硬度大，故a錯(cuò)誤
b．六方相氮化硼層間作用力為范德華力，所以質(zhì)地軟，故b正確；
c．兩種晶體中的B-N鍵均為共價(jià)鍵，故c正確；
d．立方相氮化硼是超硬材料，有優(yōu)異的耐磨性，屬于原子晶體，故d錯(cuò)誤，
故選：bc；
②六方相氮化硼晶體的片狀結(jié)構(gòu)中沒有自由電子，而石墨晶體片狀結(jié)構(gòu)中有自由電子，故石墨可以導(dǎo)電、六方相氮化硼不導(dǎo)電，
故答案為：六方相氮化硼晶體的片狀結(jié)構(gòu)中沒有自由電子；
（5）晶胞中Si原子數(shù)目為4、C原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，每個(gè)Si原子周圍有4個(gè)碳原子，原子配位數(shù)與原子數(shù)目成反比，則碳原子配位數(shù)也是4，即碳原子周圍與其距離最近的硅原子數(shù)目為4；
以頂點(diǎn)C原子研究，與之距離最近的C原子位于面心上，每個(gè)頂點(diǎn)原子為8個(gè)晶胞共用，每個(gè)面為2個(gè)晶胞共用，與碳原子等距離最近的碳原子有$\frac{8×3}{2}$=12個(gè)；
晶胞質(zhì)量為4×$\frac{28+12}{{N}_{A}}$g，則晶體密度為4×$\frac{28+12}{{N}_{A}}$g÷（a×10^-10 cm）³=$\frac{1.6×1{0}^{32}}{{a}^{3}×{N}_{A}}$g/cm³，
故答案為：4；12；$\frac{1.6×1{0}^{32}}{{a}^{3}×{N}_{A}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的考查，涉及電離能、核外電子排布、雜化軌道、分子結(jié)構(gòu)、晶胞結(jié)構(gòu)與計(jì)算等，注意根據(jù)有無自由電子分析六方相氮化硼晶體不導(dǎo)電，側(cè)重考查學(xué)生分析能力、知識(shí)遷移運(yùn)用能力，難度中等．