题目内容

4．Ⅰ、用Cr3+掺杂的氮化铝是理想的LED用荧光粉基质材料，氮化铝（其晶胞如图1所示）可由氯化铝与氨经气相反应制得．

（1）基态Cr的价电子排布式可表示为3d54s1．
（2）氮化铝的化学式为AlN，距离铝原子最近且距离相等的氮原子数目为4个．
（3）氯化铝易升华，其双聚物Al2Cl6结构如图2所示，在Al2Cl6中存在的化学键有共价键、配位键．
Ⅱ、（4）科学家最近研制出可望成为高效火箭推进剂的N（NO2）3（如图所示）．
已知该分子中N-N-N键角都是108.1°，下列有关N（NO2）3的说法正确的是a，
a、该物质中氮元素有两种不同的化合价
b、该物质可以归类于亚硝酸盐类化合物
c、该分子中的4个氮原子构成正四面体
d、该分子中氮原子的化学环境各不相同
（5）AlCl3在下述反应中作催化剂．分子③中碳原子的杂化类型为sp3、sp2杂化．
（6）科学家研究表明，Fe3O4是由Fe2+、Fe3+、O2-通过离子键而组成的复杂离子晶体，O2-的重复排列方式如图3所示，该排列方式中存在着两种类型的由O2-围成的空隙，如1、3、6、7的O2-围成的空隙和3、6、7、8、9、12的O2-围成的空隙，前者为正四面体空隙，后者为正八面体空隙，Fe3O4中有一半的Fe3+填充在正四面体空隙中，另一半Fe3+和Fe2+填充在正八面体空隙中，则Fe3O4晶体中，正四面体空隙数与O2-离子数目之比2：1，12.5%正四面体空隙填有Fe3+．

分析 I、（1）Cr元素原子核外有24个电子，根据核外电子排布规律书写其价电子排布式；
（2）利用均摊法计算可知晶胞中Al、N原子数目均为2，确定其化学式为AlN；由氮化铝的晶胞结构，可知N原子周围有4个Al原子，而晶体中微粒为1：1型结构，故Al原子周围有4个N原子；
（3）氯化铝易升华，说明属于分子晶体，Al原子与Cl原子之间形成共价键，二聚体中Al原子与Cl原子之间还形成配位键；
Ⅱ、（4）N（NO2）3中N-N-N键角都是108.1°，结合其结构可知，中心N原子还含有孤电子对；
a．根据形成共价键的元素进行判断；
b．该化合物属于共价化合物；
c．若分子中的4个氮原子构成正四面体，分子中N-N-N键角都是60°；
d．该分子中-NO2中的氮原子相同；
（5）分子③中有均形成4个单键的碳原子，碳氧双键及碳碳双键中C原子均形成3个σ键，据此判断杂化方式；
（6）结构中如1、3、6、7的O2-围成的正四面体空隙有8个，根据均摊法计算晶体结构中O2-离子数目，进而计算正四面体空隙数与O2-离子数目之比，结合根据化合价代数和为0，则结构中含有Fe3+、Fe2+数目，根据“Fe3O4中有一半的Fe3+填充在正四面体空隙中，另一半Fe3+和Fe2+填充在正八面体空隙中”，判断填充Fe3+的正四面体空隙中的数目，进而计算的正四面体空隙的填充率．

解答 I、（1）Cr元素原子核外有24个电子，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，其价电子排布式为：3d54s1，
故答案为：3d54s1；
（2）由晶胞结构可知，晶胞中Al原子数目为1+4×$\frac{1}{4}$=2、N原子数目为1+8×$\frac{1}{8}$=2，故氮化铝化学式为AlN；由氮化铝的晶胞结构，可知N原子周围有4个Al原子，而晶体中微粒为1：1型结构，故Al原子周围有4个N原子，
故答案为：AlN；4；
（3）氯化铝易升华，说明属于分子晶体，Al原子与Cl原子之间形成共价键，二聚体中Al原子与Cl原子之间还形成配位键，
故答案为：共价键、配位键；
Ⅱ、（4）N（NO2）3中N-N-N键角都是108.1°，结合其结构可知，中心N原子还含有孤电子对；
a．由形成共价键的原子可知，该分子中NO2的氮原子和顶点上的N原子存在的化学键不同，所以其化合价不同，故a正确；
b．该物质的构成微粒是分子，属于共价化合物，而亚硝酸盐的构成微粒是阴阳离子，属于离子化合物，所以该物质不能归类于亚硝酸盐类化合物，故b错误；
c．若分子中的4个氮原子构成正四面体，分子中N-N-N键角都是60°，而分子中N-N-N键角都是108.1°，应为三角锥形，故c错误；
d．根据N原子连接的原子或基团可知，该分子中NO2中的氮原子化学环境相同，故d错误；
故选：a；
（5）分子③中有均形成4个单键的碳原子，碳氧双键及碳碳双键中C原子均形成3个σ键，碳原子均没有孤电子对，杂化轨道数目为4、3，故碳原子采取sp3、sp2杂化，
故答案为：sp3、sp2杂化；
（6）结构中如1、3、6、7的O2-围成的正四面体空隙有8个，由图可知晶体结构中O2-离子数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，故正四面体空隙数与O2-离子数目之比8：4=2：1；
根据化合价代数和为0，则结构中含有2个Fe3+、1个Fe2+，Fe3O4中有一半的Fe3+填充在正四面体空隙中，另一半Fe3+和Fe2+填充在正八面体空隙中，则填充在正四面体空隙中的Fe3+为1个，填充在正八面体空隙中有1个Fe3+和1个Fe2+，填有Fe3+的正四面体空隙在总正四面体空隙的$\frac{1}{8}$×100%=12.5%，
故答案为：2：1；12.5．

点评 本题考查晶胞计算、分子结构、核外电子排布、化学键、杂化轨道等，是对学生综合能力的考查，关键是解题的结构的理解，难度中等．

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