Question

5．某氮鋁化合物X具有耐高溫、抗沖擊、導熱性好等優(yōu)良性質，廣泛用于陶瓷工業(yè)等領域．
（1）基態(tài)氮原子的核外電子排布式為1s²2s²2p³．
（2）與N₃^-互為等電子體的離子有SCN^-（任寫一種）．工業(yè)上用氧化鋁與氮氣和碳在一定條件下反應生成X和CO，X的晶體結構如圖所示，其化學式為AlN，工業(yè)制備X的化學方程式為Al₂O₃+N₂+3C=2AlN+3CO．
（3）X晶體中包含的化學鍵類型為AB（填字母）．
A．共價鍵        B．配位鍵        C．離子鍵       D．金屬鍵
X晶體中氮原子的雜化類型為sp³雜化．
（4）已知氮化硼與X晶體類型相同，且氮化硼的熔點比X高，可能的原因是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．
（5）若X的密度為ρ g•cm^-3，則晶體中最近的兩個Al原子的距離為$\frac{\sqrt{2}}{2}$×$\root{3}{\frac{164}{ρ{N}_{A}}}$ cm．（阿伏加德羅常數的值用N_A表示）

Answer 1

分析 （1）氮元素原子核外電子數為7，根據能量最低原理書寫；
（2）原子數目相等、價電子總數也相等的微粒互為等電子體；根據均攤法可知晶胞中Al、N原子數目均為4，則X為AlN，結合原子守恒配平方程式；
（3）N原子與周圍的4個Al原子中之間形成4個共價鍵，晶體中Al、N原子數目之比為1：1，則Al原子與周圍的4個N原子也形成4個共價鍵，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；N原子沒有孤對電子，雜化軌道數目為4；
（4）氮化硼與氮化鋁均為原子晶體，鍵能越大熔點越高，而原子半徑越小鍵能越大；
（5）晶胞中面心對角線上的原子距離最近，結合晶胞中原子數目表示出晶胞質量，設晶胞棱長為x cm，結合m=ρV計算晶胞棱長，則最近的兩個Al原子的距離為晶胞棱長的$\frac{\sqrt{2}}{2}$倍．

解答 解：（1）氮元素原子核外電子數為7，核外電子排布式為：1s²2s²2p³，
故答案為：1s²2s²2p³；
（2）原子數目相等、價電子總數也相等的微�；�為等電子體，與N₃^-互為等電子體的離子有SCN^-等，
根據X的晶體結構圖可知，晶胞中含有氮原子為4，含有鋁原子8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，所以X的化學式為AlN，根據元素守恒可以寫出化學方程式為Al₂O₃+N₂+3C=2AlN+3CO，
故答案為：SCN^-；Al₂O₃+N₂+3C=2AlN+3CO；
（3）N原子與周圍的4個Al原子中之間形成4個共價鍵，晶體中Al、N原子數目之比為1：1，則Al原子與周圍的4個N原子也形成4個共價鍵，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；N原子沒有孤對電子，雜化軌道數目為4，N原子雜化方式為sp³雜化，
故答案為：AB；sp³；
（4）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，故氮化硼的熔點較高，
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；
（5）晶胞中面心對角線上的原子距離最近，晶胞質量為4×$\frac{27+14}{{N}_{A}}$g，設晶胞棱長為x cm，則
4×$\frac{27+14}{{N}_{A}}$g=ρ g•cm^-3×（x cm）³，解得x=$\root{3}{\frac{164}{ρ{N}_{A}}}$，故最近的兩個Al原子的距離為$\frac{\sqrt{2}}{2}$×$\root{3}{\frac{164}{ρ{N}_{A}}}$cm，
故答案為：$\frac{\sqrt{2}}{2}$×$\root{3}{\frac{164}{ρ{N}_{A}}}$．

點評 本題考查是對物質較高與性質的考查，涉及原子核外電子排布、化學鍵、雜化方式、晶胞的計算、晶體類型與性質等知識，（5）中關鍵是判斷最近距離的原子位置，需要顯示具備一定的數學計算能力．