Question

18．碳、氮元素及其化合物在生产、生活和科学研究等方面有着重要的作用研究它们的结构与性质意义重大．请回答下列有关问题：
（1）写出基态氮原子的核外电子排布1s²2s²2p³，基态碳原子的轨道表示式．
（2）氨是氮的氢化物，它的分子为极性（填“极性”或“非极性”）分子，氨的沸点是同族元素氢化物中较高的，原因是氨分子间易形成氢键．
（3）碳的最高价氧化物中，碳原子的杂化类型为sp．
（4）氮化碳晶体是一种超硬材料，硬度超过金刚石．氮化碳晶体类型为原子晶体，它的熔点比金刚石的熔点高（填“高”或“低”）．
（5）氮化镓（GaN）是制备LED发光二极管的半导体材料，它的晶胞结构如图所示，其中一个晶胞中含有氮原子的个数为2．

Answer 1

分析 （1）N原子核外有7个电子，最外层有5个电子，据此书写核外电子排布；根据构造原理顺序画出C的电子排布式；
（2）氨气为三角锥形分子，属于极性分子，依据氨气中存在氢键解答即可；
（3）CO₂分子的结构为O=C=O，根据碳原子成的σ键、孤电子对数目确定杂化轨道数目，进而确定C原子杂化方式；
（4）都属于原子晶体，根据键长分析，键长越长熔点越低；
（5）GaN晶胞中，Ga位于顶点和体心，所以含有Ga数为：8×$\frac{1}{8}$=2，N原子位于棱和体心，所以N数为：4×$\frac{1}{4}$+1=2．

解答 解：（1）氮原子最外层有7个电子，N的电子排布式为1s²2s²2p³，C最外层有6个电子，C的轨道表示式为：故答案为：1s²2s²2p³；；
（2）氨气为三角锥形分子，属于极性分子，由于氨气分子间存在氢键，故氨气的熔沸点较高，故答案为：极性；氨气分子间可形成氢键；
（3）CO₂分子的结构为O=C=O，C原子成2个σ键键、没有孤电子对，杂化轨道数目为2，故其杂化类型为sp杂化，故答案为：sp；
（4）氮化碳晶体硬度较大，属于原子晶体，立方氮化碳晶体中氮碳键的键长比金刚石晶体中碳碳键的键长要短，故熔点比金刚石的高，故答案为：原子晶体；高；
（5）GaN晶胞中，Ga位于顶点和体心，所以含有Ga数为：8×$\frac{1}{8}$=2，N原子位于棱和体心，所以N数为：4×$\frac{1}{4}$+1=2，故答案为：2．

点评 本题考查原子核外电子排布、晶胞结构与计算、熔沸点比较、杂化轨道等，难度中等，掌握识记中学常见晶胞结构．