Question

【題目】在普通鋁中加入少量Cu和Mg后，形成一種稱為拉維斯相的MgCu2微小晶粒，其分散在Al中可使得鋁材的硬度增加、延展性減小，形成所謂“堅(jiān)鋁”，是制造飛機(jī)的主要村料。回答下列問題：

(1)下列狀態(tài)的鎂中，電離最外層一個(gè)電子所需能量最大的是______________。

A． B． C． D．

(2)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一種有機(jī)化合物，分子中氮、碳的雜化類型分別是_________、_________。乙二胺能與Mg2+、Cu2+等金屬離子形成穩(wěn)定環(huán)狀離子，其中與乙二胺形成的化合物穩(wěn)定性相對(duì)較高的是____________(填“Mg2+”或“Cu2+”)。

(3)一些氧化物的熔點(diǎn)如表所示：

氧化物	Li2O	MgO	P4O6	SO2
熔點(diǎn)/°C	1570	2800	23.8	75.5

解釋MgO熔點(diǎn)比P4O6熔點(diǎn)高得多的原因______________

(4)金剛石的晶胞如圖，若以硅原子代替金剛石晶體中的碳原子，便得到晶體硅；若將金剛石晶體中一半的碳原子換成硅原子，且碳、硅原子交替，即得到碳化硅晶體(金剛砂)

①碳化硅晶體(金剛砂)的化學(xué)式______________

②金剛石、晶體硅、碳化硅的熔點(diǎn)由高到低的順序?yàn)?/span>__________________

③立方氮化硼晶體的結(jié)構(gòu)與金剛石相似，硬度與金剛石相當(dāng)，晶胞邊長(zhǎng)為361.5 pm。立方氮化硼的密度是_____________g/cm3(列出式子并化簡(jiǎn)，阿伏加德羅常數(shù)為NA)

Answer 1

【答案】A sp3 sp3 Cu2+ MgO為離子晶體，P4O6分子晶體。 SiC C(金剛石)>SiC>Si

【解析】

(1)能量越高越不穩(wěn)定，越易失電子，所以激發(fā)態(tài)的微粒易失電子，原子軌道中處于半滿狀態(tài)時(shí)較穩(wěn)定；

(2)每個(gè)N原子形成的共價(jià)鍵有2個(gè)N-H鍵、1個(gè)N-C鍵，且還含有1個(gè)孤電子對(duì)；每個(gè)C原子形成的共價(jià)鍵有2個(gè)C-H鍵、2個(gè)C-N鍵，所以N、C原子價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)都是4，根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷N、C原子雜化類型；含有孤電子對(duì)的原子和含有空軌道的原子之間易形成配位鍵；堿土金屬與乙二胺形成的化合物穩(wěn)定性較弱；

(3)根據(jù)晶體類型及構(gòu)成微粒的作用力大小分析比較；

(4)①根據(jù)C、Si原子形成共價(jià)鍵數(shù)目及空間構(gòu)型分析化學(xué)式；

②根據(jù)鍵長(zhǎng)越長(zhǎng)，鍵能越小，物質(zhì)的熔沸點(diǎn)就越低比較；

③根據(jù)金剛石結(jié)構(gòu)分析一個(gè)晶胞中含有的C原子數(shù)目，根據(jù)二者結(jié)構(gòu)相似，結(jié)合氮化硼化學(xué)式特點(diǎn)可確定晶胞中含有的B、N原子數(shù)目，計(jì)算晶胞質(zhì)量、體積，然后根據(jù)晶胞密度ρ=計(jì)算。

(1)A、D微粒都是Mg原子失去一個(gè)電子后得到的，但是D微粒能量高于A，穩(wěn)定性A>D，所以失電子能力A>D；B、C都是原子，但是B是基態(tài)、C是激發(fā)態(tài)，能量：C>B，穩(wěn)定性B>C，所以失去一個(gè)電子能力：B>C；A為Mg+、B為Mg原子，A再失去電子所需能量就是Mg原子失去2個(gè)電子的能量，為Mg原子的第二電離能，B失去一個(gè)電子的能量是Mg原子的第一電離能，其第二電離能大于第一電離能，所以電離最外層一個(gè)電子所需能量A>B，通過以上分析知，電離最外層一個(gè)電子所需能量最大的是A，故合理選項(xiàng)是A；

(2)在乙二胺(H2NCH2CH2NH2)中，每個(gè)N原子形成的共價(jià)鍵有2個(gè)N-H鍵、1個(gè)N-C鍵，且還含有1個(gè)孤電子對(duì)；每個(gè)C原子形成的共價(jià)鍵有2個(gè)C-H鍵、2個(gè)C-N鍵，所以N、C原子價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)都是4，根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷N、C原子雜化類型分別為sp3雜化、sp3雜化；含有孤電子對(duì)的原子和含有空軌道的原子之間易形成配位鍵，乙二胺的兩個(gè)N提供孤對(duì)電子給金屬離子形成配位鍵，所以乙二胺能與Mg2+、Cu2+等金屬離子形成穩(wěn)定環(huán)狀離子；堿土金屬與乙二胺形成的化合物穩(wěn)定性較弱，所以與乙二胺形成的化合物穩(wěn)定性相對(duì)較高的是Cu2+；

(3) Li2O屬于離子晶體，離子之間以離子鍵結(jié)合，離子鍵是一種強(qiáng)烈的相互作用，斷裂消耗較高的能量，因此物質(zhì)的熔點(diǎn)較高；而P4O6屬于分子晶體，分子之間以微弱的分子間作用力結(jié)合，斷裂消耗較低能量，因此P4O6晶體熔沸點(diǎn)比較低；

(4)①在金剛砂中，每個(gè)C原子與相鄰的4個(gè)Si形成共價(jià)鍵，每個(gè)Si原子與相鄰的4個(gè)C原子形成共價(jià)鍵，這種結(jié)構(gòu)向空間擴(kuò)展，就形成了立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此金剛砂很硬，二者原子個(gè)數(shù)比是1：1，所以其化學(xué)式是SiC；

②由于金剛石、晶體硅、碳化硅都是原子晶體，原子之間以共價(jià)鍵結(jié)合，由于原子半徑C<Si，所以鍵長(zhǎng)：C-C<C-Si<Si-Si，鍵長(zhǎng)越短，原子之間結(jié)合力就越強(qiáng)，鍵能就越大，斷裂共價(jià)鍵使物質(zhì)熔化消耗的能量就越高，所以三種物質(zhì)的熔點(diǎn)由高到低的順序?yàn)椋航饎偸?/span>>碳化硅>晶體硅；

③在金剛石晶胞中C原子處在立方體的8個(gè)頂點(diǎn)，6個(gè)面心，體內(nèi)有4個(gè)，金剛石晶胞中碳原子數(shù)目為：4+8×+6×=8，立方氮化硼結(jié)構(gòu)與金剛石相似，其晶胞與金剛石晶胞含有相同原子總數(shù)，由氮化硼化學(xué)式BN可推知，一個(gè)晶胞中各含有4個(gè)B原子、4個(gè)N原子，晶胞質(zhì)量m=4×g，晶胞的體積V=(361.5×10-10)3cm3，故立方氮化硼的密度ρ=g/cm3= g/cm3。