Question

4．哈佛大学A．Y．Liu教授首次合成类金刚石相氮化碳（β--C₃N₄）．福州大学王新晨教授在此基础上以单氰胺（
CH₂N₂）为原料制得光催化剂类石墨相氮化碳（g-C₃N₄），其单层结构如图a，

（1）C、H，N元素电负性从大到小的顺序为N、C、H（填元素符号）．
（2）β--C₃N₄熔点、硬度均高于金刚石，其原因为β--C₃N₄和金刚石都是原子晶体，C-N键长小于C-C，键能更大，熔点高硬度大．
（3）β--C₃N₄和g--C₃N₄中碳原子的杂化轨道类型分别为sp³、sp²．
（4）单氰胺的结构式为．
（5）g--C₃N₄中存在的作用力为bce（填序号）．
a．离子键 b．σ键 c．π键  d．氢键  e．范德华力
（6）g--C₃N₄中掺杂少量铁元素能提高光催化效果．图b为g--C₃N₄的另一种单层结构；图c为Fe³⁺掺杂前后N-1s谱图（N原子1s的XPS谱图，图中峰的强度正比于原子数目），图c中横坐标为g--C₃N₄中N-1s结合能（原子结合能与稳定性成正比），掺杂Fe³⁺后，结合能最小的谱线发生了明显右移．
①Fe³⁺的价电子轨道表示式为．
②发生位移的谱线对应的N原子为1，2（填图b中的序号）．
③谱线右移的原因为掺杂后Fe³⁺与N原子形成配位键，N原子周围的电子云密度降低，原子核对核外导致的束缚能力提高，0.14%Fe-g-C₃N₄样品中N-1s轨道结合能升高．

Answer 1

分析 （1）元素的非金属性越强，其吸引电子能力越强，则其电负性越大；
（2）原子晶体熔沸点、硬度与键长成反比；
（3）β--C₃N₄中C原子价层电子对个数是4、g--C₃N₄中碳原子价层电子对个数是3且不含孤电子对，根据价层电子对互称理论判断C原子杂化方式；
（4）单氰胺N原子形成3个共价键、H原子形成1个共价键、C原子形成4个共价键，据此书写其结构式；
（5）g--C₃N₄是分子晶体，非金属元素之间形成的共价单键为σ键、共价双键中一个是σ键、一个是π键，分子晶体中分子之间存在范德华力；
（6）①Fe原子失去3个电子生成Fe³⁺，其3d电子为价电子；
②Fe³⁺与N原子形成配位键导致谱线发生移动；
③Fe³⁺与N原子形成配位键，N原子周围的电子云密度降低，原子核对核外导致的束缚能力提高，样品中N-1s轨道结合能升高．

解答 解：（1）元素的非金属性越强，其吸引电子能力越强，则其电负性越大，这几种元素非金属性强弱顺序是N＞C＞H，所以电负性大小顺序是N＞C＞H，故答案为：N＞C＞H；
（2）原子晶体熔沸点、硬度与键长成反比，β--C₃N₄是原子晶体，C-N原子之间形成共价键，且C-N键长小于C-C，则键能更大、熔点高硬度大，
故答案为：β--C₃N₄和金刚石都是原子晶体，C-N键长小于C-C，键能更大，熔点高硬度大；
（3）β--C₃N₄中C原子价层电子对个数是4、g--C₃N₄中碳原子价层电子对个数是3且不含孤电子对，根据价层电子对互称理论判断C原子杂化方式分别为sp³、sp²，故答案为：sp³、sp²；
（4）单氰胺N原子形成3个共价键、H原子形成1个共价键、C原子形成4个共价键，据此书写其结构式为，
故答案为：；
（5）g--C₃N₄是分子晶体，非金属元素之间形成的共价单键为σ键、共价双键中一个是σ键、一个是π键，分子晶体中分子之间存在范德华力，C和N原子之间存在共价共价单键和共价双键，故选bce；
（6）①Fe原子失去3个电子生成Fe³⁺，其3d电子为价电子，其价电子轨道表示式为，
故答案为：；
②Fe³⁺与N原子形成配位键导致谱线发生移动，而图中1，2号N原子含有对孤对电子，能形成配位键，
故答案为：1，2；
③掺杂后Fe³⁺与N原子形成配位键，N原子周围的电子云密度降低，原子核对核外导致的束缚能力提高，0.14%Fe-g-C₃N₄样品中N-1s轨道结合能升高，故谱线右移．
故答案为：掺杂后Fe³⁺与N原子形成配位键，N原子周围的电子云密度降低，原子核对核外导致的束缚能力提高，0.14%Fe-g-C₃N₄样品中N-1s轨道结合能升高．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及电负性、晶体类型与性质、化学键、核外电子排布、晶体结构等，（6）为易错点、难点，具有一定的区分度，是对学生综合能力的考查．