Question

16．B、C、Si是几种常见的重要非金属元素，其形成的各种化合物在自然界中广泛存在．
（1）基态硼原子的电子排布式为1s²2s²2p¹．C、N、Si元素原子的第一电离能由大到小的顺序为N＞C＞Si．
（2）BF₃与一定量的水可形成如图1的晶体R．
①晶体R中各种微粒间的作用力涉及abce（填字母）．
a、离子键   b、共价键   c、配位键   d、金属键   e、范德华力
②R中阴离子的空间构型为四面体．
（3）乙二胺（H₂N-CH₂-CH₂-NH₂）与CaCl₂溶液可形成配离子（结构如图2）乙二胺分子中氮原子的杂化类型为sp³杂化．乙二胺和三甲胺[N（CH₃）₃]均属于铵，但乙二胺比三甲胺的沸点高得多，原因是乙二胺分子之间可以形成氢键，三甲胺分子之间不能形成氢键．
（4）氮化硼（BN）晶体有多种相结构．六方相氮化硼是通常存在的稳定相，与石墨相似，具有层状结构，可作高温润滑剂，但不能导电．它的晶体结构如图3所示．六方相氮化硼是否含有π键？不含（填“含”或“不含”），其质地软的原因是层与层之间通过范德华力结合在一起；作用力小，导致其质地软，该物质能否导电？不能（填“能”或“不能”），原因是层状结构中没有自由移动的电子．
（5）SiC是原子晶体，其晶胞结构类似金刚石，假设正方体的边长为acm，估算SiC晶体的密度为$\frac{40×4}{{a}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3（用含N_A、a的代数式表示）

Answer 1

分析 （1）根据构造原理写出硼原子的核外电子排布式；同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大的趋势，但第IIA族和第VA族元素的第一电离能大于相邻元素；
（2）晶体R中各种微粒间的作用力涉及离子键、共价键、配位键、范德华力；阴离子中中心原子B原子含有4个σ键且不含孤电子对，所以B原子采用sp³杂化方式，为四面体构型；
（3）乙二胺（H₂N-CH₂-CH₂-NH₂）中N原子呈3个σ键，含有1对孤对电子，杂化轨道数为4，采取sp³杂化．
乙二胺（H₂N-CH₂-CH₂-NH₂）分子之间可以形成氢键，但三甲胺[N（CH₃）₃]分子之间不能形成氢键．
（4）B位于第2周期ⅢA族，核外电子排布式1s²2s²2p¹，形成的六方相氮化硼，每一个B与3个N原子相连，每1个N原子与3个B原子相连，形平面三角形，向空间发展成层状结构．六方相氮化硼，不含π键，只含σ键，层与层之间通过范德华力结合在一起；作用力小，导致其质地软，六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子形成3个共价单键，且B原子不存在孤电子对，该物质的层状结构中不存在自由移动的电子，所以不导电；
（5）该晶胞中C原子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，Si原子个数为4，晶胞边长=acm，体积V=（acm）³，ρ=$\frac{ρ}{V}$=$\frac{40×4}{{a}^{3}{N}_{A}}$g•cm³．

解答 解：（1）硼原子核外有5个电子，其核外电子排布式为：1s²2s²2p¹，同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大的趋势，但第IIA族和第VA族元素的第一电离能大于相邻元素，所以C、N、si三种元素的第一电离能由大到小的顺序为：N＞C＞Si，故答案为：1s²2s²2p¹；N＞C＞Si；
（2）晶体R中各种微粒间的作用力涉及离子键、共价键、配位键、范德华力；阴离子中中心原子B原子含有4个σ键且不含孤电子对，所以B原子采用sp³杂化方式，为四面体构型；故答案为：abce；四面体；
（3）乙二胺（H₂N-CH₂-CH₂-NH₂）中N原子呈3个σ键，含有1对孤对电子，杂化轨道数为4，采取sp³杂化．
乙二胺（H₂N-CH₂-CH₂-NH₂）分子之间可以形成氢键，三甲胺[N（CH₃）₃]分子之间不能形成氢键，故乙二胺的沸点较高．
故答案为：sp³杂化；乙二胺分子之间可以形成氢键，三甲胺分子之间不能形成氢键；
（4）B位于第2周期ⅢA族，核外电子排布式1s²2s²2p¹，形成的六方相氮化硼，每一个B与3个N原子相连，每1个N原子与3个B原子相连，形平面三角形，向空间发展成层状结构．六方相氮化硼，不含π键，只含σ键，层与层之间通过范德华力结合在一起；作用力小，导致其质地软，六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子形成3个共价单键，且B原子不存在孤电子对，该物质的层状结构中不存在自由移动的电子，所以不导电；
故答案为：不含；层与层之间通过范德华力结合在一起，作用力小，导致其质地软；不能；层状结构中没有自由移动的电子；
（5）该晶胞中C原子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，Si原子个数为4，晶胞边长=acm，体积V=（acm）³，ρ=$\frac{ρ}{V}$=$\frac{40×4}{{a}^{3}{N}_{A}}$g•cm³；
故答案为：$\frac{40×4}{{a}^{3}{N}_{A}}$．

点评 考查核外电子排布规律、电负性、杂化轨道、分子空间结构、氢键与化学键、晶胞等，综合性较大，难度中等，是对知识的综合运用，需要学生具备扎实的基础与分析问题解决问题的能力．