Question

【题目】自然界存在丰富的碳、氮、硅、磷、铁、铜等元素，它们可形成单质及许多化合物。回答下列问题：

（1）C、N、Si原子的第一电离能由大到小的顺序是____________________。

（2）亚磷酸(H3PO3)与过量NaOH反应生成亚磷酸氢二钠(Na2HPO3)，则亚磷酸的结构式为________________________。

（3）某FexNy的晶胞结构如图-1所示，Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或者b位置Fe，形成Cu替代型产物Fe(x-n)CunNy。FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如图-2所示，其中更稳定的Cu替代型产物的化学式为___________________。

（4）乙酰基二茂铁是常用汽油抗震剂，其结构如图3所示，该物质中碳原子的杂化方式有___________，亚铁离子具有强还原性，从电子排布的角度解释其原因_______________。

（5）金刚石晶胞结构如图-4，立方BN结构与金刚石相似、硬度与金刚石相当。在立方BN晶体中，B原子与N原子之间共价键与配位键数目比为____________；每个N原子周围最近且等距离的N原子数为_______________；如果阿伏加德罗常数近似取6×1023mol-1，立方BN的密度为ag·cm-3，摩尔质量为bg·mol-1，计算晶体中最近的两个N原子间距离是_________nm(用含a、b代数式表示)。

Answer 1

【答案】 N>C>Si Fe3CuN sp3、sp2 Fe2+的3d轨道有6个电子，失去1个电子后3d轨道电子排布处于半充满稳定状态 3：1 12

【解析】（1）C、N是同一周期元素，但N原子2p轨道半充满较C原子更稳定，故N的第一电离能更大， C、Si是同一主族，从上到下失电子能力增强，故Si第一电离能小于C，故C、N、Si原子的第一电离能由大到小的顺序是：

N>C>Si；

（2）亚磷酸(H3PO3)与过量NaOH反应生成亚磷酸氢二钠(Na2HPO3)，说明亚磷酸(H3PO3)是二元酸，其结构中，应有两个羟基、一个非羟基氧，P与这个非羟基氧形成的是配位键，则亚磷酸的结构式为；

（3）根据题意，Cu替代a位置Fe型具有的能量更高，更稳定，FexNy晶体的化学式为：Fe4N，a位置铁是晶胞的顶点位置，Cu替代a位置Fe后，晶胞中少一个Fe多一个Cu，故更稳定的Cu替代型产物的化学式为Fe3CuN ；

（4）乙酰基结构中，碳原子有三种，甲基中的C是sp3杂化，羰基中的C是sp2杂化，5元C环中的C是sp2杂化；故乙酰基二茂铁中碳原子的杂化方式有sp3、sp2；亚铁离子具有强还原性，及Fe2+亚铁离子容易失电子，Fe2+的3d轨道有6个电子，失去1个电子后3d轨道电子排布处于半充满稳定状态，故其具有强还原性；

（5）由金刚石的晶胞结构可以知道,晶胞内部有4个C原子,面心上有6个C原子,顶点有8个C原子,在BN晶体中,每个B原子和4个N原子形成共价键,B原子的配位数是4,B原子与N原子之间共价键的数目是12,所以B原子与N原子之间共价键的数目与配位键的数目比为,根据晶胞结构图,以晶胞顶点上的氮原子为例,与该氮原子距离最近的氮原子位于经过该顶点的面的面心上,这样的原子有12个,根据均摊可以知道,一个晶胞中N原子数目为 4,B原子数目也是4,根据可以知道晶胞的体积,所以晶胞的边长为,最近的两个N原子间距离是晶胞面对角线的,所以晶体中最近的两个N原子间距离是。