Question

1．N和Si是合成新型非金属材料的两种重要元素．请回答：
（1）基态Si原子的价层电子排布图为；Si原子可形成多种氢化物，其中Si₂H₆中Si原子的价层电子对数目为4．
（2）ClO₃^- ClO₄^-中Cl都是以sp³轨道与O原子2p轨道成键，其微粒的立体结构分别为三角锥形、正四面体形．
（3）N和Si形成的原子晶体中，N原子的配位数为3．
（4）NaN₃常作为汽车安全气囊的填充物，其焰色反应为黄色．大多数金属元素有焰色反应的微观原因为电子从较高能级的激发态跃迁到较低能级的激发态乃至基态时，以光的形式释放能量；N₃^-中σ键和π键的数目之比为1：1．B、F与N三种元素同周期，三种基态原子的第一电离能由大到小的顺序为F＞N＞B（用元素符号表示）
（5）SiO₂的晶胞与金刚石（如图所示）相似，可以看作Si原子替代C原子后，在两个成键的Si原子间插入1个O原子形成．则：
①晶胞中最小的环含有12个原子．
②若晶体密度为ρg•cm³，阿伏伽德罗常数为N_A，晶胞中两个最近的Si原子核之间的距离为$\frac{\sqrt{3}}{4}×$$\root{3}{\frac{480ρ}{{N}_{A}}}$×10¹⁰pm（用代数式表示）．

Answer 1

分析 （1）硅是14号元素，价层有4个电子，分布在s轨道上p轨道上，Si₂H₆中每个Si原子与氢原子之间形成三对共用电子对，硅原子与硅原子之间也有一对共用电子对，据此判断价层电子对数目；
（2）根据价层电子对互斥理论确定原子杂化方式，O原子最外层为2p轨道上有未成对的电子，ClO₃^-、ClO₄^-中Cl都是以sp³杂化轨道与O原子成键的，ClO₃^-中共价键数为3+$\frac{1}{2}$×（7+1-3×2）=4（含1对孤对电子），ClO₄^-中共价键数为4+$\frac{1}{2}$×（7+1-2×4）=4（不含孤对电子），根据价层电子对互斥理论判断微粒空间构型；
（3）N和Si形成的原子晶体中，N原子最外层有5个电子，可以形成3个共价键；
（4）电子从较高能级的激发态跃迁到较低的激发态或基态时，以光的形式释放能量；N₃^-与二氧化碳是等电子体，二者结构相同，每个二氧化碳分子中含有两个σ键和两个π键；同一周期元素，元素第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于其相邻元素；
（5）①晶胞中最小的环含有12个原子；
②金刚石晶胞中4个C原子在晶胞内部，6个C原子在面心上、8个C原子分别位于8个顶点上，所以该晶胞中C原子个数=4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，晶胞中两个最近的Si原子核之间的距离为晶胞体对角线长度的$\frac{1}{4}$．

解答 解：（1）硅是14号元素，价层有4个电子，分布在s轨道上p轨道上，Si原子的价层电子排布图为，Si₂H₆中每个Si原子与氢原子之间形成三对共用电子对，硅原子与硅原子之间也有一对共用电子对，所硅原子价层电子对数为4，
故答案为：；4；
（2）ClO₃^-、ClO₄^-中Cl的价层电子对数都是$\frac{7+1}{2}$=4，O原子最外层为2p轨道上有未成对的电子，所以都是以sp³杂化轨道与O原子的2p成键的，ClO₃^-中共价键数为3+$\frac{1}{2}$×（7+1-3×2）=4（含1对孤对电子），ClO₄^-中共价键数为4+$\frac{1}{2}$×（7+1-2×4）=4（不含孤对电子），根据价层电子对互斥理论判断微粒的立体结构分别为三角锥形、正四面体形，
故答案为：sp³；2p； 三角锥形；   正四面体形；
（3）N原子最外层有5个电子，可以形成3个共价键，所以其配位数是3，故答案为：3；
（4）电子从较高能级的激发态跃迁到较低的激发态或基态时，以光的形式释放能量，所以大多数金属焰色反应时呈现一定颜色；N₃^-与二氧化碳是等电子体，二者结构相同，每个二氧化碳分子中含有两个σ键和两个π键，则N₃^-中σ键和π键的数之比为1：1；同一周期元素，元素第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于其相邻元素，所以这三种元素第一电离能大小顺序是F＞N＞B，
故答案为：电子从较高能级的激发态跃迁到较低的激发态或基态时，以光的形式释放能量；1：1；F＞N＞B；
（5）①根据图知，每个最小环上含有6个Si原子、6个O原子，所以晶胞中最小的环含有12个原子，故答案为：12；
②金刚石晶胞中4个C原子在晶胞内部，6个C原子在面心上、8个C原子分别位于8个顶点上，所以该晶胞中C原子个数=4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，该晶胞体积=$\frac{\frac{60}{{N}_{A}}×8}{ρ}$cm³，晶胞中两个最近的Si原子核之间的距离为晶胞体对角线长度的$\frac{1}{4}$=$\frac{1}{4}$×$\sqrt{3}$×$\root{3}{\frac{\frac{60}{{N}_{A}}×8}{ρ}}$cm=$\frac{1}{4}$×$\sqrt{3}$×$\root{3}{\frac{480ρ}{{N}_{A}}}$cm=$\frac{\sqrt{3}}{4}×$$\root{3}{\frac{480ρ}{{N}_{A}}}$cm=$\frac{\sqrt{3}}{4}×$$\root{3}{\frac{480ρ}{{N}_{A}}}$×10¹⁰pm，
故答案为：$\frac{\sqrt{3}}{4}×$$\root{3}{\frac{480ρ}{{N}_{A}}}$×10¹⁰．

点评 本题考查物质结构和性质，为高考常考查点，涉及晶胞计算、价层电子对互斥理论、等电子体等知识点，侧重考查学生知识应用及计算能力、空间想象能力，难点是（5）晶胞计算，知道“两个最近的Si原子核之间的距离与晶胞体长”关系是解该题关键，注意cm与pm单位之间的换算．