Question

18．物质结构与性质包括原子、分子和晶体结构与性质三大内容．请回答下列问题：
（1）写出基态Fe原子的电子排布图；第ⅦA族元素原子外围电子排布通式为ns²np⁵．
（2）在Al、N、O三种元素中，第一电离能由大到小的排序是N＞O＞Al；原子半径最大的元素和离子半径最大的元素所组成的物质是AlN（填化学式）．
（3）已知几种元素的电负性如下表：

H	B	C	N	O	F
2.18	2.04	2.55	3.04	3.44	3.98
		Si	P	S	Cl
		1.90	2.19	2.58	3.16

①在上表所列的元素中，在氢化物中H元素化合价显负价的是SiH₄、B₂H₆（填简单氢化物的分子式）．
②B₃N₃H₆与苯互为等电子体，其结构式为，能发生加成反应、取代反应（填有机反应类型）．
③NF₃在微电子工业中可作为一种优良的等离子蚀刻气体，其结构与NH₃相似，但熔沸点比NH₃低很多，其原因是氨分子间能形成氢键，且极性比NF₃强，而NF₃分子间不能形成氢键．

	氨	三氟化氮
VSEPR模  型
熔点/℃	-77.7	-206.8
沸点/℃	-33.5	-129.0

④金刚砂（SiC）硬度仅次于金刚石，可用作砂纸、砂轮的磨料，其晶胞（立方体）如图：则硅原子的杂化类型为sp³，其密度为$\frac{160}{{N}_{A}•{a}^{3}}$g/cm³（以含a的代数式表示）．

Answer 1

分析 （1）Fe原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，结合泡利原理、洪特规则画出核外电子排布图；第ⅦA族元素原子外围电子为7，分别处于ns、np能级中；
（2）在Al、N、O三种元素中，Al为金属元素，第一电离能最小，而N原子2p轨道为半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于氧元素的；三元素中原子半径最大的元素为Al，离子半径最大的元素为N元素；
（3）①电负性越大，对键合电子吸引越大，化合物中电负性大的元素表现负化合价；
②B₃N₃H₆与苯互为等电子体，二者结构与性质相似；
③氨分子间能形成氢键，且极性比NF₃强，而NF₃分子间不能形成氢键；
④Si原子与周围4个C原子形成4个键，杂化轨道数目为4，根据均摊法计算晶胞中Si、C原子数目，表示出晶胞质量，再根据ρ=$\frac{m}{V}$计算晶体密度．

解答 解：（1）Fe原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，核外电子排布图为：，第ⅦA族元素原子外围电子为7，外围电子排布通式为：，
故答案为：；ns²np⁵；
（2）在Al、N、O三种元素中，Al为金属元素，第一电离能最小，而N原子2p轨道为半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于氧元素的，第一电离能由大到小的排序是：N＞O＞Al，
三元素中原子半径最大的元素为Al，离子半径最大的元素为N元素，二者组成的物质为AlN，
故答案为：N＞O＞Al；AlN；
（3）①电负性越大，对键合电子吸引越大，化合物中电负性大的元素表现负化合价，表中H的电负性大于Si、B的，故简单氢化物中H元素表现负化合价为：SiH₄、B₂H₆，
故答案为：SiH₄、B₂H₆；
②B₃N₃H₆与苯互为等电子体，二者结构与性质相似，故B₃N₃H₆的结构式为：，可以发生加成反应、取代反应，
故答案为：；加成反应、取代反应；
③氨分子间能形成氢键，且极性比NF₃强，而NF₃分子间不能形成氢键，故NF₃熔沸点比NH₃低很多，
故答案为：氨分子间能形成氢键，且极性比NF₃强，而NF₃分子间不能形成氢键；
④Si原子与周围4个C原子形成4个键，杂化轨道数目为4，硅原子的杂化类型为sp³，
晶胞中Si原子处于晶胞内部，Si原子数目为4，碳原子处于晶胞顶点与面心，晶胞中C原子数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，则晶胞质量为4×$\frac{12+28}{{N}_{A}}$g，晶胞棱长为a cm，则晶体密度为4×$\frac{12+28}{{N}_{A}}$g÷（a cm）³=$\frac{160}{{N}_{A}•{a}^{3}}$g/cm³，
故答案为：sp³；$\frac{160}{{N}_{A}•{a}^{3}}$g/cm³．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、电离能、电负性、等电子体、分子结构与性质、杂化方式判断、晶胞计算等，注意氢键对物质性质的影响，理解同周期主族元素中第一电离能异常原因．