Question

1．已知氮化鋁的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，請(qǐng)回答下列問(wèn)題．

（1）NH₃的空間構(gòu)型為三角錐形，NH₃極易溶于水的主要原因氨氣分子與水分子之間形成氫鍵．
（2）比較穩(wěn)定性強(qiáng)弱 H₂O＞SiH₄（填“＞”或“＜”），解釋原因氧元素非金屬性比硅的強(qiáng)．
（3）圖中 4 個(gè)氮原子共形成4個(gè)配位鍵，氮原子的配位數(shù)為4，每個(gè)鋁原子周?chē)�緊鄰12個(gè)鋁原子．
（4）已知（CH₃）₃Al 為非極性分子，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為：，則其中鋁原子的雜化方式為sp²．若氮化鋁可由（CH₃）₃Al 和 NH₃在一定條件下反應(yīng)制得，反應(yīng)的方程式為：（CH₃）₃Al+NH₃$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$AlN+3CH₄ ，該反應(yīng)與取代反應(yīng)有機(jī)反應(yīng)類(lèi)型相似（填反應(yīng)名稱(chēng)）．
（5）寫(xiě)出與氮化鋁互為等電子體的一種單質(zhì)的名稱(chēng)金剛石，氮化鋁、氮化硅屬同種晶體類(lèi)型，其中硬度較大的物質(zhì)的化學(xué)式是氮化硅．

Answer 1

分析 （1）氨氣分子為三角錐形；氨氣分子與水分子之間形成氫鍵；
（2）元素非金屬性越強(qiáng)，對(duì)應(yīng)氫化物越穩(wěn)定；
（3）由AlN的晶胞結(jié)構(gòu)可知，一個(gè)N原子與距離最近的四個(gè)Al原子成鍵，每個(gè)鋁和氮周?chē)�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(lái)只有三個(gè)電子，氮原子最外層有5個(gè)電子，每個(gè)N原子都形成1個(gè)配位鍵；以頂點(diǎn)Al原子研究，與之緊鄰的鋁原子處于面心位置；
（4）（CH₃）₃Al為非極性分子，Al原子與3個(gè)甲基形成平面正三角形結(jié)構(gòu)；晶胞中晶胞中N原子數(shù)目為4、Al原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，氮化鋁化學(xué)式為AlN，可由（CH₃）₃Al和NH₃在一定條件下反應(yīng)制得，由元素守恒可知還生成甲烷；
（5）等電子體的結(jié)構(gòu)相似，原子總數(shù)、價(jià)電子總數(shù)也相等，將晶胞中Al原子、N原子可以替換為碳原子得到其等電子體；
氮化鋁、氮化硅均屬于原子晶體，鍵長(zhǎng)越短，共價(jià)鍵越穩(wěn)定，物質(zhì)的硬度越大．

解答 解：（1）NH₃的空間構(gòu)型為三角錐形；NH₃極易溶于水的主要原因：氨氣分子與水分子之間形成氫鍵，
故答案為：三角錐形；氨氣分子與水分子之間形成氫鍵；
（2）元素非金屬性越強(qiáng)，等于氫化物越穩(wěn)定，由于氧元素非金屬性比硅的強(qiáng)，故氫化物穩(wěn)定性：H₂O＞SiH₄，
故答案為：＞；氧元素非金屬性比硅的強(qiáng)；
（3）由AlN的晶胞結(jié)構(gòu)可知，一個(gè)N原子與距離最近的四個(gè)Al原子成鍵，每個(gè)鋁和氮周?chē)�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(lái)只有三個(gè)電子，氮原子最外層有5個(gè)電子，每個(gè)N原子都形成1個(gè)配位鍵，圖中4 個(gè)氮原子共形成4個(gè)配位鍵，氮原子的配位數(shù)為4；
以頂點(diǎn)Al原子研究，與之緊鄰的鋁原子處于面心位置，每個(gè)頂點(diǎn)為8個(gè)晶胞共用，每個(gè)面為2個(gè)晶胞共用，故每個(gè)鋁原子周?chē)�緊鄰的鋁原子數(shù)目為$\frac{8×3}{2}$=12，
故答案為：4；4；12；
（4）（CH₃）₃Al為非極性分子，Al原子與3個(gè)甲基形成平面正三角形結(jié)構(gòu)，Al原子采取sp²雜化，
晶胞中晶胞中N原子數(shù)目為4、Al原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，氮化鋁化學(xué)式為AlN，可由（CH₃）₃Al和NH₃在一定條件下反應(yīng)制得，由元素守恒可知還生成甲烷，反應(yīng)方程式為：（CH₃）₃Al+NH₃$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$AlN+3CH₄ ，該反應(yīng)與機(jī)反應(yīng)中取代反應(yīng)類(lèi)型相似，
故答案為：sp²；（CH₃）₃Al+NH₃$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$AlN+3CH₄ ；取代反應(yīng)；
（5）等電子體的結(jié)構(gòu)相似，原子總數(shù)、價(jià)電子總數(shù)也相等，將晶胞中Al原子、N原子可以替換為碳原子得到其等電子體，則其等電子體為金剛石等；
氮化鋁、氮化硅均屬于原子晶體，由于Si原子半徑小于Al的原子半徑，故N-Si的鍵長(zhǎng)比N-Al的短，故N-Si鍵更穩(wěn)定，氮化硅的硬度更大，
故答案為：金剛石；氮化硅．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的考查，涉及元素周期律應(yīng)用、微粒構(gòu)型判斷、晶胞結(jié)構(gòu)與計(jì)算、配位鍵、等電子體、晶體類(lèi)型與性質(zhì)等，題目培養(yǎng)學(xué)生分析能力、知識(shí)遷移運(yùn)用能力，難度較大．