Question

【題目】哈佛大學(xué)A．Y．Liu教授首次合成類金剛石相氮化碳（β﹣﹣C3N4）．福州大學(xué)王新晨教授在此基礎(chǔ)上以單氰胺（CH2N2）為原料制得光催化劑類石墨相氮化碳（g﹣C3N4），其單層結(jié)構(gòu)如圖a，

（1）C，H，N元素電負性從大到小的順序為（填元素符號）．
（2）β﹣﹣C3N4熔點、硬度均高于金剛石，其原因為 ．
（3）β﹣﹣C3N4和g﹣﹣C3N4中碳原子的雜化軌道類型分別為 ．
（4）單氰胺的結(jié)構(gòu)式為 ．
（5）g﹣﹣C3N4中存在的作用力為（填序號）．
a．離子鍵 b．σ鍵 c．π鍵 d．氫鍵 e．范德華力
（6）g﹣﹣C3N4中摻雜少量鐵元素能提高光催化效果．圖b為g﹣﹣C3N4的另一種單層結(jié)構(gòu)；圖c為Fe3+摻雜前后N﹣1s譜圖（N原子1s的XPS譜圖，圖中峰的強度正比于原子數(shù)目），圖c中橫坐標(biāo)為g﹣﹣C3N4中N﹣1s結(jié)合能（原子結(jié)合能與穩(wěn)定性成正比），摻雜Fe3+后，結(jié)合能最小的譜線發(fā)生了明顯右移．
①Fe3+的價電子軌道表示式為 ．
②發(fā)生位移的譜線對應(yīng)的N原子為（填圖b中的序號）．
③譜線右移的原因為

Answer 1

【答案】
（1）N、C、H
（2）β﹣﹣C3N4和金剛石都是原子晶體，C﹣N鍵長小于C﹣C，鍵能更大，熔點高硬度大
（3）sp3、sp2
（4）
（5）bce
（6）；1，2；摻雜后Fe3+與N原子形成配位鍵，N原子周圍的電子云密度降低，原子核對核外導(dǎo)致的束縛能力提高，0.14%Fe﹣g﹣C3N4樣品中N﹣1s軌道結(jié)合能升高
【解析】解：（1）元素的非金屬性越強，其吸引電子能力越強，則其電負性越大，這幾種元素非金屬性強弱順序是N＞C＞H，所以電負性大小順序是N＞C＞H，所以答案是：N＞C＞H；（2）原子晶體熔沸點、硬度與鍵長成反比，β﹣﹣C3N4是原子晶體，C﹣N原子之間形成共價鍵，且C﹣N鍵長小于C﹣C，則鍵能更大、熔點高硬度大，所以答案是：β﹣﹣C3N4和金剛石都是原子晶體，C﹣N鍵長小于C﹣C，鍵能更大，熔點高硬度大；（3）β﹣﹣C3N4中C原子價層電子對個數(shù)是4、g﹣﹣C3N4中碳原子價層電子對個數(shù)是3且不含孤電子對，根據(jù)價層電子對互稱理論判斷C原子雜化方式分別為sp3、sp2 ， 所以答案是：sp3、sp2；（4）單氰胺N原子形成3個共價鍵、H原子形成1個共價鍵、C原子形成4個共價鍵，據(jù)此書寫其結(jié)構(gòu)式為 ，
所以答案是： ；（5）g﹣﹣C3N4是分子晶體，非金屬元素之間形成的共價單鍵為σ鍵、共價雙鍵中一個是σ鍵、一個是π鍵，分子晶體中分子之間存在范德華力，C和N原子之間存在共價共價單鍵和共價雙鍵，故選bce；（6）①Fe原子失去3個電子生成Fe3+ ， 其3d電子為價電子，其價電子軌道表示式為 ，
所以答案是： ；②Fe3+與N原子形成配位鍵導(dǎo)致譜線發(fā)生移動，而圖中1，2號N原子含有對孤對電子，能形成配位鍵，
所以答案是：1，2；③摻雜后Fe3+與N原子形成配位鍵，N原子周圍的電子云密度降低，原子核對核外導(dǎo)致的束縛能力提高，0.14%Fe﹣g﹣C3N4樣品中N﹣1s軌道結(jié)合能升高，故譜線右移．
所以答案是：摻雜后Fe3+與N原子形成配位鍵，N原子周圍的電子云密度降低，原子核對核外導(dǎo)致的束縛能力提高，0.14%Fe﹣g﹣C3N4樣品中N﹣1s軌道結(jié)合能升高．