题目内容

1.碳、氮、氟、硅、铁、钛等元素的化合物广泛应用于生产生活,回答下列问题:
(1)基态Si原子中,电子占据的最高能层具有的原子轨道数为9,1mol氮气分子中σ键和π键的物质的量之比为1:2;基态钛原子的价电子排布式为3d24s2.
(2)C、N、F三种元素电负性由大到小的顺序为F>N>C.第二周期元素中第一电离能介于B、F之间的有4种.
(3)NF3分子的空间构型为三角锥型,N原子的杂化轨道类型为sp3.
(4)已知铁的单质有如图1所示的两种常见堆积方式,其中属于面心立方最密堆积的是a(填a或b)

(5)金刚砂(SiC)的硬度仅次于金刚石,其晶胞结构如图2所示,金刚砂晶体类型为原子晶体,每个C原子周围最近的C原子数目为12,若晶胞的边长为a  cm,阿伏伽德罗常数为 NA,则金刚砂的密度为$\frac{160}{{N}_{A}{a}^{3}}$g•cm-3(不需要化简)

分析 (1)硅质子数为14,根据能量最低原理书写核外电子排布式,根据核外电子排布式确定最高能层具有的原子轨道数,每个氮气分子中有一个σ键和2个π键,Ti是22号元素,根据核外电子排布规律书写价电子排布式;
(2)同一周期元素,元素电负性随着原子序数增大而增大,元素的第一电离能随着原子序数增大而增大,但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于其相邻元素,据此判断;
(3)根据NF3分子中N原子的价层电子对数判断杂化轨道类型;
(4)由图可知,a为面心立方最密堆积,b为体心立方最密堆积;
(5)金刚砂硬度大,晶胞中Si、C原子之间形成共价键,为空间网状结构,属于原子晶体,晶胞中存在四面体构型,晶胞中Si、C原子位置可以互换,互换后以顶点C原子为研究对象,与之最近的C原子处于面心,每个顶点为8个晶胞共用,每个面心为2个晶胞共用;
晶胞中Si处于顶点与面心、C原子处于晶胞内部,利用均摊法计算晶胞中Si、C原子数目,进而计算晶胞质量,再根据ρ=$\frac{m}{V}$计算晶胞密度.

解答 解:(1)硅质子数为14,基态Si原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p2,最高能层3s、3p、3d具有的原子轨道数为1+3+5=9,每个氮气分子中有一个σ键和2个π键,所以1mol氮气分子中σ键和π键的物质的量之比为1:2,Ti是22号元素,核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2,价电子排布式为为3d24s2,
故答案为:9;1:2;3d24s2;
(2)同一周期元素,元素电负性随着原子序数增大而增大,所以C、N、F三种元素电负性由大到小的顺序为F>N>C,元素的第一电离能随着原子序数增大而增大,但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于其相邻元素,所以第二周期元素中第一电离能介于B、F之间的有Be、C、N、O,共4种,
故答案为:F>N>C;4;
(3)根据价层电子对理论知,NF3分子中N原子价层电子对个数=$\frac{5+3}{2}$=4,所以N原子采用sp3杂化,
故答案为:sp3;
(4)由图可知,a为面心立方最密堆积,b为体心立方最密堆积,
故答案为:a;
(5)金刚砂硬度大,晶胞中Si、C原子之间形成共价键,为空间网状结构,属于原子晶体,晶胞中存在四面体构型,晶胞中Si、C原子位置可以互换,互换后以顶点C原子为研究对象,与之最近的C原子处于面心,每个顶点为8个晶胞共用,每个面心为2个晶胞共用,故每个C原子周围最近的C原子数目为$\frac{3×8}{2}$=12,晶胞中Si处于顶点与面心,晶胞中Si元素数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4,C原子处于晶胞内部,晶胞中C原子数目为4,故晶胞质量为4×$\frac{40}{{N}_{A}}$g,晶胞体积为(a cm)3,则晶胞密度为4×$\frac{40}{{N}_{A}}$g÷(a cm)3=$\frac{160}{{N}_{A}{a}^{3}}$g•cm-3,
故答案为:原子晶体;12;$\frac{160}{{N}_{A}{a}^{3}}$.

点评 本题主要考查原子结构与位置关系、杂化轨道、电负性、第一电离能、晶体类型与性质、晶胞结构与计算等,注意利用均摊法进行计算,题目难度中等,侧重对学生的基础知识和综合能力的考查.

练习册系列答案
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