Question

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

 

．
（2）氮的最高價氧化物為無色晶體，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)上用氮氣、氧化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）．
A．離子鍵 B．共價鍵 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）．

Answer 1

考點：原子核外電子排布,化學(xué)鍵,判斷簡單分子或離子的構(gòu)型,晶胞的計算,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號元素，價電子數(shù)是5，價電子排布圖為；
（2）氮的最高價氧化物為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⁺，其中心原子價電子對數(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，每個鋁和氮周圍都有四個共價鍵，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電子，氮原子最外層有5個電子，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，所以氮化硼的熔點比AlN高，據(jù)此答題；
（6）晶體Al原子位于晶胞體頂點和面心，所以晶體中最近的兩個Al原子的距離為底面對角線的

1

2

，根據(jù)晶胞的密度可以求得晶胞邊長，進而求得底面對角線的長度，據(jù)此可解題．

解答： 解：（1）氮是7號元素，價電子數(shù)是5，價電子排布圖為，故答案為：；
（2）氮的最高價氧化物為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⁺，其中心原子價電子對數(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，每個鋁和氮周圍都有四個共價鍵，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電子，氮原子最外層有5個電子，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和面心，所以晶體中最近的兩個Al原子的距離為底面對角線的

1

2

，
根據(jù)晶胞的密度ρ=

4×27+4×14 NA

晶體邊長3

，可以求得晶胞邊長為

3	164 ρ?NA

cm，
進而求得底面對角線的長度為

2

×

3	164 ρ?NA

cm，
所以晶體中最近的兩個Al原子的距離為

2

2

?

3	164 ρ?NA

cm，
故答案為：

2

2

?

3	164 ρ?NA

．

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