Question

【題目】離子液體是一類具有很高應用價值的綠色溶劑和催化劑，其中的EMIM+離子由H、C、N三種元素組成，結構如圖所示。回答下列問題：

（1）碳原子價層電子的軌道表達式為__，基態碳原子中，核外電子占據的最高能級的電子云輪廓圖為__形。

（2）根據價層電子對互斥理論，NH3、NO3-、NO2-中，中心原子價層電子對數不同于其他兩種粒子的是__。NH3比PH3的沸點高，原因是__。

（3）氮元素的第一電離能比同周期相鄰元素都大的原因是__。

（4）EMIM+離子中，碳原子的雜化軌道類型為__。分子中的大π鍵可用符號Π表示，其中m代表參與形成的大π鍵原子數，n代表參與形成的大π鍵電子數（如苯分子中的大π鍵可表示為Π），則EMIM+離子中的大π鍵應表示為__。

（5）立方氮化硼硬度僅次于金剛石，但熱穩定性遠高于金剛石，其晶胞結構如圖所示。立方氮化硼屬于__晶體，其中硼原子的配位數為__。已知：立方氮化硼密度為dg/cm3，B原子半徑為xpm，N原子半徑為ypm，阿伏加德羅常數的值為NA，則該晶胞中原子的空間利用率為__（列出化簡后的計算式）。

Answer 1

【答案】 啞鈴 NH3 氨分子間存在氫鍵 基態氮原子電子占據的最高能級為半充滿，較穩定 sp2、sp3 Π 原子 4

【解析】

根據核外電子排布原則確定電子排布圖，根據價層電子對互斥理論計算價層電子對數，根據第一電離能的規律比較第一電離能，根據軌道雜化理論確定雜化軌道類型，根據大π鍵形成的原理確定大π鍵的表示，根據晶體知識確定晶胞類型、配位數及空間占有率。

（1）碳原子價電子數為4，價電子排布式為2s22p2，所以價層電子的軌道表達式為；基態碳原子核外電子占據的最高能級為2p，2p軌道的電子云輪廓圖為啞鈴形；

（2）NH3中N原子價層電子對數為，

中N原子價層電子對數，

中N原子價層電子對數，所以中心原子價層電子對數不同于其他其他兩種粒子的是NH3； NH3比PH3的沸點高是因為NH3分子間存在氫鍵，而PH3分子間只有范德華力；

（3）第VA族比同周期相鄰元素都大，是因為最高能級p軌道上電子數為特殊的半充滿狀態，能量低、較穩定，所以氮元素的第一電離能比同周期相鄰元素都大的原因是基態氮原子電子占據的最高能級為半充滿，較穩定；

（4）根據圖中EMIM+離子中鍵總數為5個，根據圖像，EMIM+離子中C原子的空間構型有四面體和平面三角形兩種，即C原子采用sp3、sp2雜化；EMIM+離子有6個電子可形成大π鍵，形成的大π鍵原子數為5，故可用符號Π表示；

（5）立方氮化硼硬度僅次于金剛石，晶體類型類似于金剛石，是原子晶體；晶胞中每個N原子連接4個B原子，氮化硼化學式BN，所以晶胞中每個B原子也連接4個N原子，即硼原子的配位數為4；晶胞中N原子數為4， B原子數，晶胞質量為，晶胞體積為，B、N原子的總體積為，晶胞中原子的空間利用率為；