Question

氮的化合物在无机化工领域有着重要的地位．请回答下列问题：
（1）基态氮原子的价电子排布图为

 

．氮的最高价氧化物为无色晶体，它由两种离子构成：已知其阴离子构型为平面正三角形，则其阳离子的构型为

 

形，阳离子中氮的杂化轨道类型为

 

．
（2）某氮铝化合物X具有耐高温、抗冲击、导热性好等优良性质，广泛用于陶瓷工业等领域．工业上用氮气与氧化铝和碳在一定条件下反应生成X和CO，X的晶体结构如图所示，工业制备X的化学方程式为

 

．
（3）X晶体中包含的化学键类型为

 

．（填字母标号）
A．离子键   B．共价键   C．配位键   D．金属键
（4）已知氮化硼与X晶体类型相同，且氮化硼的熔点比X高，可能的原因是

 

（5）若X的密度为p g/cm³，则晶体中最近的两个N原子的距离为

 

cm（阿伏加德罗常数用N_A表示，不必化简）．

Answer 1

考点：晶胞的计算,原子核外电子排布,判断简单分子或离子的构型

专题：化学键与晶体结构

分析：（1）氮是7号元素，价电子数是5，价电子排布图为，氮的最高价氧化物为N₂O₅，由两种离子构成，其中阴离子构型为平面正三角形，化学式应为NO

- 3

，则其阳离子的化学式为：N

O

+ 2

，其中心原子价电子对数为

5-1

2

=2，所以其中的氮原子按sp方式杂化，阳离子的构型为直线型，据此答题；
（2）根据X的晶体结构图可知，晶胞中含有氮原子为4，含有铝原子

1

8

×8+

1

2

×6=4，所以X的化学式为AlN，根据元素守恒可以写出化学方程式；
（3）根据X的结构可知，每个铝和氮周围都有四个共价键，都达八电子稳定结构，而铝原子最外层原来只有三个电子，氮原子最外层有5个电子，所以在AlN中有配位键，根据AlN的性质可知它为原子晶体，所以晶体中含有共价键，据此答题；
（4）氮化硼与AlN相比，硼原子半径比铝原子半径小，所以键能就大，它们都是原子晶体，所以氮化硼的熔点比AlN高，据此答题；
　（5）晶体N原子位于晶胞体对角线的

1

4

处，将体心与下底面相对的两顶点相连可构成等腰三角形，距离最近的两个N原子相连的连线为该三角形的中位线，所以晶体中最近的两个N原子的距离为底面对角线的

1

2

，根据晶胞的密度可以求得晶胞边长，进而求得底面对角线的长度，据此可解题．

解答： 解：（1）氮是7号元素，价电子数是5，价电子排布图为，氮的最高价氧化物为N₂O₅，由两种离子构成，其中阴离子构型为平面正三角形，化学式应为NO

- 3

，则其阳离子的化学式为：N

O

+ 2

，其中心原子价电子对数为

5-1

2

=2，所以其中的氮原子按sp方式杂化，阳离子的构型为直线型，
故答案为：；直线； sp；
（2）根据X的晶体结构图可知，晶胞中含有氮原子为4，含有铝原子

1

8

×8+

1

2

×6=4，所以X的化学式为AlN，根据元素守恒可以写出化学方程式为Al₂O₃+N₂+3C=2AlN+3CO，故答案为：Al₂O₃+N₂+3C=2AlN+3CO；
（3）根据X的结构可知，每个铝和氮周围都有四个共价键，都达八电子稳定结构，而铝原子最外层原来只有三个电子，氮原子最外层有5个电子，所以在AlN中有配位键，根据AlN的性质可知它为原子晶体，所以晶体中含有共价键，所以BC正确，故答案为：BC；
（4）氮化硼与AlN相比，硼原子半径比铝原子半径小，所以键能就大，它们都是原子晶体，所以氮化硼的熔点比AlN高，故答案为：氮化硼与氮化铝均为原子晶体，且硼原子半径小于铝原子半径，B-N键键能大于Al-N键键能；
　（5）晶体N原子位于晶胞体对角线的

1

4

处，将体心与下底面相对的两顶点相连可构成等腰三角形，距离最近的两个N原子相连的连线为该三角形的中位线，所以晶体中最近的两个N原子的距离为底面对角线的

1

2

，根据晶胞的密度ρ=

4×27+4×14 NA

晶胞边长3

，可以求得晶胞边长为

3	164 ρ?NA

，进而求得底面对角线的长度为

2

?

3	164 ρ?NA

，所以晶体中最近的两个N原子的距离为

2

2

?

3	164 ρ?NA

，故答案为：

2

2

?

3	164 ρ?NA

cm．

点评：本题考查了原子核外电子排布图、均摊法晶胞的计算、键能与性质的关系、以及晶胞结构的计算等知识，中等难度．