Question

氮的化合物在無機(jī)化工領(lǐng)域有著重要的地位．請(qǐng)回答下列問題：
（1）基態(tài)氮原子的價(jià)電子排布圖為

 

．
（2）氮的最高價(jià)氧化物為無色晶體，它由兩種離子構(gòu)成：已知其陰離子構(gòu)型為平面正三角形，則其陽離子的構(gòu)型為

 

形，陽離子中氮的雜化方式為

 

．
（3）某氮鋁化合物X具有耐高溫、抗沖擊、導(dǎo)熱性好等優(yōu)良性質(zhì)，廣泛用于陶瓷工業(yè)等領(lǐng)域．工業(yè)上用氮?dú)狻⒀趸�鋁和碳在一定條件下反應(yīng)生成CO和X （X的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示），工業(yè)制備X的化學(xué)方程式為

 

．
（4）X晶體中包含的化學(xué)鍵類型為

 

（填字母標(biāo)號(hào)）．
A．離子鍵 B．共價(jià)鍵 C．配位鍵 D．金屬鍵
（5）已知氮化硼與X晶體類型相同，且氮化硼的熔點(diǎn)比X高，其原因是

 

．
（6）若X的密度為ρg/cm³，則晶體中最近的兩個(gè)Al原子的距離為

 

cm （阿伏加德羅常數(shù)用 N_A表示，不必化簡(jiǎn)）．

Answer 1

考點(diǎn)：原子核外電子排布,化學(xué)鍵,判斷簡(jiǎn)單分子或離子的構(gòu)型,晶胞的計(jì)算,原子軌道雜化方式及雜化類型判斷

專題：化學(xué)鍵與晶體結(jié)構(gòu)

分析：（1）氮是7號(hào)元素，價(jià)電子數(shù)是5，價(jià)電子排布圖為；
（2）氮的最高價(jià)氧化物為N₂O₅，由兩種離子構(gòu)成，其中陰離子構(gòu)型為平面正三角形，化學(xué)式應(yīng)為NO₃^-，則其陽離子的化學(xué)式為：NO₂⁺，其中心原子價(jià)電子對(duì)數(shù)為

5-1

2

=2，所以其中的氮原子按sp方式雜化，陽離子的構(gòu)型為直線型，據(jù)此答題；
（3）根據(jù)X的晶體結(jié)構(gòu)圖可知，晶胞中含有氮原子為4，含有鋁原子

1

8

×8+

1

2

×6=4，所以X的化學(xué)式為AlN，根據(jù)元素守恒可以寫出化學(xué)方程式；
（4）根據(jù)X的結(jié)構(gòu)可知，每個(gè)鋁和氮周圍都有四個(gè)共價(jià)鍵，都達(dá)八電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，而鋁原子最外層原來只有三個(gè)電子，氮原子最外層有5個(gè)電子，所以在AlN中有配位鍵，根據(jù)AlN的性質(zhì)可知它為原子晶體，所以晶體中含有共價(jià)鍵，據(jù)此答題；
（5）氮化硼與AlN相比，硼原子半徑比鋁原子半徑小，所以鍵能就大，它們都是原子晶體，所以氮化硼的熔點(diǎn)比AlN高，據(jù)此答題；
（6）晶體Al原子位于晶胞體頂點(diǎn)和面心，所以晶體中最近的兩個(gè)Al原子的距離為底面對(duì)角線的

1

2

，根據(jù)晶胞的密度可以求得晶胞邊長(zhǎng)，進(jìn)而求得底面對(duì)角線的長(zhǎng)度，據(jù)此可解題．

解答： 解：（1）氮是7號(hào)元素，價(jià)電子數(shù)是5，價(jià)電子排布圖為，故答案為：；
（2）氮的最高價(jià)氧化物為N₂O₅，由兩種離子構(gòu)成，其中陰離子構(gòu)型為平面正三角形，化學(xué)式應(yīng)為NO₃^-，則其陽離子的化學(xué)式為：NO₂⁺，其中心原子價(jià)電子對(duì)數(shù)為

5-1

2

=2，所以其中的氮原子按sp方式雜化，陽離子的構(gòu)型為直線型，
故答案為：直線；sp；
（3）根據(jù)X的晶體結(jié)構(gòu)圖可知，晶胞中含有氮原子為4，含有鋁原子

1

8

×8+

1

2

×6=4，所以X的化學(xué)式為AlN，根據(jù)元素守恒可以寫出化學(xué)方程式為Al₂O₃+N₂+3C=2AlN+3CO，
故答案為：Al₂O₃+N₂+3C=2AlN+3CO；
（4）根據(jù)X的結(jié)構(gòu)可知，每個(gè)鋁和氮周圍都有四個(gè)共價(jià)鍵，都達(dá)八電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，而鋁原子最外層原來只有三個(gè)電子，氮原子最外層有5個(gè)電子，所以在AlN中有配位鍵，根據(jù)AlN的性質(zhì)可知它為原子晶體，所以晶體中含有共價(jià)鍵，所以BC正確，
故答案為：BC；
（5）氮化硼與AlN相比，硼原子半徑比鋁原子半徑小，所以鍵能就大，它們都是原子晶體，所以氮化硼的熔點(diǎn)比AlN高，
故答案為：氮化硼與氮化鋁均為原子晶體，且硼原子半徑小于鋁原子半徑，B-N鍵鍵能大于Al-N鍵鍵能；
（6）晶體Al原子位于晶胞體頂點(diǎn)和面心，所以晶體中最近的兩個(gè)Al原子的距離為底面對(duì)角線的

1

2

，
根據(jù)晶胞的密度ρ=

4×27+4×14 NA

晶體邊長(zhǎng)3

，可以求得晶胞邊長(zhǎng)為

3	164 ρ?NA

cm，
進(jìn)而求得底面對(duì)角線的長(zhǎng)度為

2

×

3	164 ρ?NA

cm，
所以晶體中最近的兩個(gè)Al原子的距離為

2

2

?

3	164 ρ?NA

cm，
故答案為：

2

2

?

3	164 ρ?NA

．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了原子核外電子排布圖、均攤法晶胞的計(jì)算、鍵能與性質(zhì)的關(guān)系、以及晶胞結(jié)構(gòu)的計(jì)算等知識(shí)，中等難度，其中晶胞的計(jì)算是難點(diǎn)．