Question

在新材料领域，碳族元素有许多应用，请用所学相关知识回答下列问题：
（1）碳纳米管由单层或多层石墨层卷曲而成，其结构类似于石墨晶体，每个碳原子通过

 

杂化与周围碳原子成键，多层碳纳米管的层与层之间靠

 

结合在一起．
（2）CH₄中共用电子对偏向C，SiH₄中共用电子对偏向H，则C、Si、H的电负性由大到小的顺序为

 

．CH₄的熔点比SiH₄（填“高”或“低”）

 

，原因是

 

．
（3）用价层电子对互斥理论推断SnBr₂分子中Sn-Br键的键角

 

120°（填“＞”、“＜”或“=”），原因是

 

．
（4）铅、钡、氧形成的某化合物的晶胞结构是：Pb⁴⁺处于立方晶胞顶点，Ba²⁺处于晶胞中心，O^2-处于晶胞棱边中心．该化合物化学式为

 

，每个Ba²⁺与

 

个O^2-配位．
（5）氮化碳结构如图，其中β氮化碳硬度超过金刚石晶体，成为首屈一指的超硬新材料．在氮化碳晶体中每个碳原子与

 

个氮原子相连，每个氮原子与

 

个碳原子相连，化学式为

 

．

Answer 1

考点：晶胞的计算,元素电离能、电负性的含义及应用,键能、键长、键角及其应用,不同晶体的结构微粒及微粒间作用力的区别

专题：化学键与晶体结构

分析：（1）石墨是层状结构，每层中每个C原子与周围的3个C原子成σ键，键角为120°（这些都是实验数据得出的），根据价层电子对互斥理论分析，层层之间存在分子间作用力；
（2）分子中共用电子对偏向于电负性大的原子，偏离于电负性小的原子；分子晶体中，氢化物的熔沸点与其相对分子质量成正比；
（3）中心原子的孤电子对对成键电子对有排斥作用；
（4）利用均摊法确定其化学式；
（5）根据氮化碳结构知，在氮化碳晶体中每个碳原子与4个氮原子相连，每个氮原子与3个碳原子相连，据此判断其化学式．

解答： 解：（1）石墨是层状结构，每层中每个C原子与周围的3个C原子成σ键，且含有一个π键，所以C原子杂化方式为sp²，键角为120°，层层之间存在分子间作用力，
故答案为：sp²；分子间作用力（或范德华力）；
（2）元素的电负性越大，其吸引电子能力越大，根据元素吸引电子能力知，这三种元素电负性大小顺序是C＞H＞Si，硅烷和甲烷都是分子晶体，硅烷相对分子质量大于甲烷，二者结构和组成相似，所以甲烷的范德华力吸引硅烷，则CH₄的熔点比SiH₄低，
故答案为：C＞H＞Si；低；两分子结构与组成相似，CH₄的相对分子量小，范德华力小；
（3）SnBr₂分子中Sn原子价层电子对个数=2+

1

2

×（4-2×1）=3且含有一个孤电子对，所以该分子为V形分子，孤电子对对成键电子对有排斥作用，所以其键角小于120°，
故答案为：＜；中心原子的孤电子对对成键电子对有排斥作用；
（4）Pb⁴⁺处于立方晶胞顶点，Ba²⁺处于晶胞中心，O^2-处于晶胞棱边中心，则该晶胞中Pb⁴⁺个数=8×

1

8

=1，Ba²⁺个数为1，O^2-个数=12×

1

4

=3，所以其化学式为BaPbO₃，每个Ba²⁺与12个O^2-配位，
故答案为：BaPbO₃；12；
（5）根据氮化碳结构知，在氮化碳晶体中每个碳原子与4个氮原子相连，每个氮原子与3个碳原子相连，则C原子和N原子个数之比为3：4，所以其化学式为C₃N₄，
故答案为：4；3；C₃N₄．

点评：本题考查物质结构和性质，涉及晶胞计算、电负性、键角等知识点，利用均摊法、元素周期律、价层电子对互斥理论等知识点分析解答，难点是价层电子对个数的计算、晶胞的计算，同时考查学生空间想象能力，题目难度中等．