题目内容
【题目】C、N和Si能形成多种高硬度材料,如Si3N4,C3N4、SiC。
(1) Si3N4和C3N4中硬度较高的是_________,理由是____________________。
(2)C和N能合成三聚氰胺(如图所示),其中N原子的杂化方式为________________。
(3)C和N还能形成一种五元环状有机物咪唑(im),其结构为。化合物[Co(im)6]SiF6的结构示意图如图所示:
①基态Co原子的次外层电子排布式为___________。N与Co2+之间的化学键类型是_________________,判断的理由是__________________。
②阴离子[SiF6]2-中心原子Si的价层电子对数为___________________。阳离子[Co(im)6]2+和[SiF6]2-之间除了阴阳离子间的静电作用力,还存在氢键作用,画出该氢键的表示式_______。(例如,水中氢键的表示式为:)。
(4)β-SiC为立方晶系晶体,晶胞参数为a,已知Si原子半径为rSi,C原子半径为rC,该晶胞中原子的分数坐标为:
C:(0,0,0);(1/2,1/2,0);(1/2,0,1/2);(0,1/2,1/2);……
Si:(1/4,1/4,1/4);(1/4,3/4,3/4);(3/4,1/4,3/4);(3/4,3/4,1/4)。
则β-SiC立方晶胞中含有____个Si原子、___个C原子;该晶跑中原子的体积占晶胞体积的百分率为______________(列出计算式即可)。
【答案】 C3N4 两者同为原子晶体,C的原子半径小于Si,与Si-N相比,C-N的键长短,键能大 sp2 sp3 3s23p63d7 配位键 N原子有孤电子对,Co2+有空轨道 6 4 4 [16π(r3c+r3si)/(3a3)]×100%
【解析】(1) Si3N4和C3N4均为原子晶体,其中C原子半径小于Si原子,Si3N4中的共价键的键长大于C3N4的键长,硬度较高的是C3N4,故答案为:C3N4;两者同为原子晶体,C的原子半径小于Si,与Si-N相比,C-N的键长短,键能大;
(2)根据三聚氰胺的结构可知,分子中N原子有2种,其中一种连接3个原子,含有一个孤电子对,采用sp3杂化,另一种连接2个原子,含有一个孤电子对,采用sp2杂化,故答案为:sp2、sp3;
(3)①Co为27号元素,基态Co原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2,次外层电子排布式为3s23p63d7;N原子有孤电子对,Co2+有空轨道N与Co2+之间的化学键为配位键,故答案为:3s23p63d7;配位键;N原子有孤电子对,Co2+有空轨道;
②阴离子[SiF6]2-中心原子Si的价层电子对数为6。阳离子[Co(im)6]2+和[SiF6]2-之间除了阴阳离子间的静电作用力,F的非金属性很强,能够与中N原子上的氢原子形成氢键,可以表示为
,故答案为:6;
;
(4)根据晶胞中原子的分数坐标可知,C原子位于立方体的顶点和面心,Si原子位于立方体内,且与周围的碳原子构成正四面体结构,β-SiC立方晶胞中含有的Si原子为4个,含有的C原子数=8×+6×
=4;晶胞的体积V1=a3;晶胞中碳原子和硅原子的总体积V2=
π(r3c+r3si)×4=
π(r3c+r3si),晶跑中原子的体积占晶胞体积的百分率=
×100%=
×100%=
×100%,故答案为:4;4;
×100%。
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