Question

【选做题--物质结构与性质】
某氮铝化合物X具有耐高温、抗冲击、导热性好等优良性质，广泛用于陶瓷工业等领域．
（1）基态氮原子的核外电子排布式为

 

（2）工业上将氧化铝与氮气和碳在一定条件下反应生成X和  CO，X的晶体结构如图，其化学式为

 

，该反应的化学方程式为

 

．
（3）已知氮化硼与X晶体类型相同，且氮化硼的熔点比X高，可能的原因是

 

．
（4）X晶体中氮原子的杂化轨道类型为

 

杂化，晶体中包含的化学键类型为

 

．
A．离子键        B．共价键          C．配位键        D．金属键
（5）若X的密度为ρg/cm³，试计算晶体中最近的两个N原子的距离为

 

cm．（阿伏加德罗常数的值用N_A表示）

Answer 1

考点：原子核外电子排布,晶胞的计算,原子轨道杂化方式及杂化类型判断

专题：化学键与晶体结构

分析：（1）氮是7号元素，核外电子数是5，依据构造原理书写电子排布式；
（2）根据X的晶体结构图可知，晶胞中含有氮原子为4，含有铝原子

1

8

×8+

1

2

×6=4，所以X的化学式为AlN，根据元素守恒可以写出化学方程式；
（3）氮化硼与AlN相比，硼原子半径比铝原子半径小，所以键能就大，它们都是原子晶体，所以氮化硼的熔点比AlN高；
（4）由AlN的晶胞结构可知，一个N原子与距离最近的四个Al原子成键，因此N采取sp³杂化，根据X的结构可知，每个铝和氮周围都有四个共价键，都达八电子稳定结构，而铝原子最外层原来只有三个电子，氮原子最外层有5个电子，所以在AlN中有配位键，根据AlN的性质可知它为原子晶体，所以晶体中含有共价键，据此答题；
（5）晶体N原子位于晶胞体对角线的

1

4

处，将体心与下底面相对的两顶点相连可构成等腰三角形，距离最近的两个N原子相连的连线为该三角形的中位线，所以晶体中最近的两个N原子的距离为底面对角线的

1

2

，根据晶胞的密度可以求得晶胞边长，进而求得底面对角线的长度，据此可解题．

解答： 解：（1）氮是7号元素，核外电子数是5，核外电子排布式为1s²2s²2p³，
故答案为：1s²2s²2p³；
（2）根据X的晶体结构图可知，晶胞中含有氮原子为4，含有铝原子

1

8

×8+

1

2

×6=4，所以X的化学式为AlN，氧化铝与氮气和碳在一定条件下反应的化学方程式为Al₂O₃+N₂+3C=2AlN+3CO，
故答案为：AlN；Al₂O₃+N₂+3C=2AlN+3CO；
（3）氮化硼与AlN相比，硼原子半径比铝原子半径小，所以键能就大，它们都是原子晶体，所以氮化硼的熔点比AlN高，
故答案为：氮化硼与氮化铝均为原子晶体，且硼原子半径小于铝原子半径，B-N键键能大于Al-N键键能；
（4）由AlN的晶胞结构可知，一个N原子与距离最近的四个Al原子成键，因此N采取sp³杂化，根据X的结构可知，每个铝和氮周围都有四个共价键，都达八电子稳定结构，而铝原子最外层原来只有三个电子，氮原子最外层有5个电子，所以在AlN中有配位键，根据AlN的性质可知它为原子晶体，所以晶体中含有共价键，
故答案为：sp³；BC；
（5）晶体N原子位于晶胞体对角线的

1

4

处，将体心与下底面相对的两顶点相连可构成等腰三角形，距离最近的两个N原子相连的连线为该三角形的中位线，所以晶体中最近的两个N原子的距离为底面对角线的

1

2

，
根据晶胞的密度ρ=

4×27+4×14 NA

晶胞边长3

，可以求得晶胞边长为

3	164 ρ?NA

cm，
进而求得底面对角线的长度为

2

?

3	164 ρ?NA

cm，所以晶体中最近的两个N原子的距离为

2

2

?

3	164 ρ?NA

cm，
故答案为：

2

2

?

3	164 ρ?NA

cm．

点评：本题考查了原子核外电子排布图、均摊法晶胞的计算、键能与性质的关系、以及晶胞结构的计算等知识，为高考选作真题，难度较大，其中晶胞的计算是该题的难点．