Question

【题目】C、N和Si能形成多种高硬度材料，如、、SiC

（1）和中硬度较高的是______，理由是______。

（2）和N能形成一种类石墨结构材料，其合成过程如图1所示。该类石墨结构材料化合物的化学式为______，其合成过程中有三聚氰胺形成，三聚氰胺中N原子的杂化方式有______。

（3）和N能形成一种五元环状有机物咪唑简写为，其结构为化合物的结构示意图如图2：

①阳离子和之间除了阴阳离子间的静电作用力，还存在氢键作用写出该氢键的表示式：______。例如水中氢键的表示式为

②多原子分子中各原子若在同一平面，且有相互平行的p轨道，则p电子可在多个原子间运动，形成“离域键”，如分子中存在“离域键”，则im分子中存在的“离域键”是______。

（4）为立方晶系晶体，该晶胞中原子的坐标参数为

C：；；0，，；；

Si：；；；

则立方晶胞中含有______个Si原子、______个C原子。

Answer 1

【答案】 两者同属原子晶体或两者结构相似，C的原子半径小于Si，与相比，的键长短、键能大 、 4 4

【解析】

二者均为原子晶体，原子半径越小，共价键键长越短，键能越大，硬度越大；

环上N原子形成2个键、含有1对孤电子对，氨基中N原子形成3个键、含有1对孤电子对，杂化轨道数目分别为3、4；

原子与N原子连接的H原子之间形成氢键；

五个原子上的6个p电子参与形成离域键；

由C、Si参数可知，C原子处于晶胞的顶点、面心。Si处于晶胞内部，且Si与周围最近的4个C原子形成正四面体结构，将金刚石晶胞内部的碳原子替换为Si即为晶胞结构。

原子晶体中，成键的原子半径越小，则键长越小、键能越大，其硬度就越大。所以和中硬度较高的是原因是两者同属原子晶体，C的原子半径小于Si，与相比，的键长短、键能大；

由结构可知，每个碳原子与3个氮原子形成2个单键和1个双键，由于氮元素的非金属性强于碳元素，故碳元素显价、氮元素显价，由此可判断出该化合物的化学式为三聚氰胺的环中N原子形成2个键，含有1对孤电子对，杂化轨道数目为3，采取杂化，氨基中N原子形成3个键，含有1对孤电子对，杂化轨道数目为4，采取杂化；

氢键发生在非金属强的原子和氢原子之间，在该物质中氢键可表示为；

分子中三个C原子采取杂化，每个C原子都有1个p电子，形成3个键的N原子采取杂化，含有1对p电子，形成2个键的N原子采取杂化，含有1个p电子，五个原子上的6个p电子参与形成离域键，可表示为；

从该晶胞中原子的坐标参数可知，碳原子位于晶胞的8个顶点和6个面心。每个顶点参与形成8个晶胞，每个面心参与形成2个晶胞，根据均摊法可以计算出一个晶胞中有4个碳原子，而4个硅原子位于晶胞内部，所以SiC立方晶胞中含有4个Si原子、4个C原子。