Question

16．Ⅰ．80%左右的非金属元素在现代技术包括能源、功能材料等领域占有极为重要的地位．
（1）氮及其化合物与人类生产、生活息息相关，基态N原子中电子在2p轨道上的排布遵循的原则是洪特规则，N₂F₂分子中N原子的杂化方式是sp²杂化，1mol N₂F₂含有1.806×10²⁴个σ键．
（2）高温陶瓷材料Si₃N₄晶体中键角N-Si-N＞Si-N-Si（填“＞”“＜”或“=”），原因是Si₃N₄晶体中Si原子周围有4个N原子，Si原子为sp³杂化，N-Si-N键角为109°28′，N原子周围连接3个Si原子，含有1对孤对电子，N原子为sp³杂化，但孤对电子对成键电子对的排斥作用更大，使得Si-N-Si键角小于109°28′；
II．金属元素在现代工业中也占据极其重要的地位，钛也被称为“未来的钢铁”，具有质轻，抗腐蚀，硬度大，是宇航、航海、化工设备等的理想材料．
（3）基态钛原子核外共有22种运动状态不相同的电子．金属钛晶胞如图1所示，为六方最密堆积（填堆积方式）．

（4）纳米TiO₂是一种应用广泛的催化剂，其催化的一个实例如图2．化合物乙的沸点明显高于化合物甲，主要原因是化合物乙分子间形成氢键；化合物乙中采取sp³杂化的原子的电负性由大到小的顺序为O＞N＞C；
（5）钙钛矿晶体的结构如图3所示．假设把氧离子看做硬球接触模型，钙离子和钛离子填充氧离子的空隙，氧离子形成正八面体，钛离子位于正八面体中心，则一个钛离子被12个氧离子包围．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）基态N原子中电子在2p轨道上的排布遵循的原则是洪特规则，N₂F₂分子中N原子之间形成N=N双键，N原子与F原子之间形成N-F键，N原子含有1对孤对电子；
（2）Si₃N₄晶体中Si原子周围有4个N原子，Si原子为sp³杂化，N原子周围连接3个Si原子，含有1对孤对电子，N原子为sp³杂化，但孤对电子对成键电子对的排斥作用更大；
II．（3）核外电子没有运动状态相同的电子；由金属钛晶胞结构可知，属于六方最密堆积；
（4）化合物甲与化合物乙均为分子晶体，但化合物乙分子间可形成氢键；化合物乙中C、N、O三种原子的杂化轨道形成均为sp³，同周期自左而右电负性增大；
（5）钛晶矿晶胞中钛离子与周围六个氧原子包围形成八面体，立方体晶胞共有12个边长，每条边长的中点是一个氧原子，共12个氧原子包围着中心的钙离子．

解答 解：Ⅰ．（1）基态N原子中电子在2p轨道上的排布遵循的原则是洪特规则，N₂F₂分子结构式为F-N=N-F，分子中N原子含有1对孤对电子，N原子的杂化方式是sp²杂化，l mol N₂F₂含有3molσ键，即1.806×10²⁴个σ键，
故答案为：洪特规则；sp²杂化；1.806×10²⁴；
（2）Si₃N₄晶体中Si原子周围有4个N原子，Si原子为sp³杂化，N-Si-N键角为109°28′，N原子周围连接3个Si原子，含有1对孤对电子，N原子为sp³杂化，但孤对电子对成键电子对的排斥作用更大，使得Si-N-Si键角小于109°28′，
故答案为：＞；Si₃N₄晶体中Si原子周围有4个N原子，Si原子为sp³杂化，N-Si-N键角为109°28′，N原子周围连接3个Si原子，含有1对孤对电子，N原子为sp³杂化，但孤对电子对成键电子对的排斥作用更大，使得Si-N-Si键角小于109°28′．
II．（3）Ti原子核外电子数为22，核外共有22种运动状态不相同的电子；由金属钛晶胞结构可知，属于六方最密堆积；
故答案为：22；六方最密；
（4）化合物乙因分子间存在氢键，则化合物乙的沸点比化合物甲高，化合物乙中C、N、O三种原子的杂化轨道形成均为sp³，同周期自左而右电负性增大，故电负性：O＞N＞C，
故答案为：化合物乙分子间形成氢键；O＞N＞C；
（5）钛离子位于立方晶胞的角顶，被6个氧离子包围成配位八面体；钙离子位于立方晶胞的体心，被12个氧离子包围，
故答案为：12．

点评 本题是对物质结构的考查，涉及核外电子排布、杂化轨道与空间构型、化学键、氢键、电负性、晶胞结构与计算等，Ⅱ（5）中晶胞结构与计算为易错点，需要显示具备一定的空间想象与数学计算能力，题目难度中等．