Question

【題目】[化學(xué)——選修3：物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)]

氮的化合物在生產(chǎn)、生活中有廣泛應(yīng)用。

（1）氮化鎵(GaN)是新型的半導(dǎo)體材料。基態(tài)氮原子的核外電子排布圖為____；基態(tài)鎵(Ga)原子的核外具有____種不同能量的電子。

（2）乙二氨的結(jié)構(gòu)簡式為(H2N-CH2-CH2-NH2，簡寫為en)。

①分子中氮原子軌道雜化類型為____；

②乙二氨可與銅離子形成配合離子[Cu(en)2]2+，其中提供孤電子對的原子是____，配合離子結(jié)構(gòu)簡式為____；

③乙二氨易溶于水的主要原因是____。

（3）氮化硼(BN)是一種性能優(yōu)異、潛力巨大的新型材料，主要結(jié)構(gòu)有立方氮化硼（如圖1）和六方氮化硼（如圖2），前者類似于金剛石，后者與石墨相似。

①圖1中氮原子的配位數(shù)為____，離硼原子最近且等距離的硼原子有____個(gè)；

②已知六方氮化硼同層中B與N之間的距離為acm，密度為dgcm-3，則相鄰層與層之間的距離為____pm(列出表達(dá)式)。

Answer 1

【答案】 8 sp3 N 乙二氨與水形成分子間氫鍵，乙二氨分子與水分子均為極性分子 4 12 1010

【解析】

（1）氮原子核外有7個(gè)電子，電子排布式為1s22s22p3；鎵為31號(hào)元素，電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p1，依據(jù)電子排布式解答；

（2）①H2N-CH2-CH2-NH2中氮原子的價(jià)層電子對數(shù)為（5+3）=4；

②中心原子Cu2+提供空軌道，乙二氨分子中N原子提供孤對電子；

③乙二氨和水都是極性分子，相似相溶，乙二氨分子與水分子間可形成氫鍵。

（3）①觀察晶胞結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)N原子周圍距離最近的B數(shù)目為4，即配位數(shù)為4；由圖可知，晶胞為面心立方堆積，以頂點(diǎn)的N原子分析，位于面心的原子與之相鄰，1個(gè)頂點(diǎn)原子為12個(gè)面共用，所以離N原子最近且等距離的N原子有12個(gè)，同理離硼原子最近且等距離的硼原子有12個(gè)；

②每個(gè)六棱柱平均含有一個(gè)N原子和一個(gè)B原子，兩原子的相對原子質(zhì)量之和為25，設(shè)層與層之間距離為h，六棱柱體積為a2hcm3，六棱柱質(zhì)量為=a2hdg，所以h=cm=×1010pm。

（1）氮原子核外有7個(gè)電子，基態(tài)氮原子的核外電子排布圖為；鎵為31號(hào)元素，電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p1，有8個(gè)不同的能層，所以基態(tài)鎵(Ga)原子的核外具有8種不同能量的電子。

故答案為：；8；

（2）①H2N-CH2-CH2-NH2中氮原子的價(jià)層電子對數(shù)為（5+3）=4，所以軌道雜化類型為sp3；

②配合離子[Cu(en)2]2+中心原子Cu2+提供空軌道，乙二氨分子中N原子提供孤對電子，因此提供孤電子對的原子是N，配合離子結(jié)構(gòu)簡式為；

③乙二氨和水都是極性分子，相似相溶，乙二氨分子與水分子間可形成氫鍵，所以乙二氨易溶于水。

故答案為：sp3；N；；乙二氨與水形成分子間氫鍵，乙二氨分子與水分子均為極性分子；

（3）①觀察晶胞結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)N原子周圍距離最近的B數(shù)目為4，即配位數(shù)為4；由圖可知，晶胞為面心立方堆積，以頂點(diǎn)的N原子分析，位于面心的原子與之相鄰，1個(gè)頂點(diǎn)原子為12個(gè)面共用，所以離N原子最近且等距離的N原子有12個(gè)，同理離硼原子最近且等距離的硼原子有12個(gè)；

②選取晶體結(jié)構(gòu)中最小的正六棱柱為計(jì)算單位，根據(jù)均攤法可以計(jì)算出每個(gè)六棱柱平均含有一個(gè)N原子和一個(gè)B原子，兩原子的相對原子質(zhì)量之和為25。已知六方氮化硼同層中B與N之間的距離為acm，則正六邊形的邊長為acm，設(shè)層與層之間距離為h，六棱柱體積為a2hcm3，又知其密度為dgcm-3，則六棱柱質(zhì)量為=a2hd g，所以h=cm=×1010pm，則層與層之間距離的計(jì)算表達(dá)式為×1010pm。

故答案為：4；12；1010。