Question

【選做題--物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)】
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．
（1）基態(tài)氮原子的核外電子排布式為

 

（2）工業(yè)上將氧化鋁與氮氣和碳在一定條件下反應(yīng)生成X和  CO，X的晶體結(jié)構(gòu)如圖，其化學(xué)式為

 

，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

．
（3）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

 

．
（4）X晶體中氮原子的雜化軌道類型為

 

雜化，晶體中包含的化學(xué)鍵類型為

 

．
A．離子鍵        B．共價鍵          C．配位鍵        D．金屬鍵
（5）若X的密度為ρg/cm³，試計算晶體中最近的兩個N原子的距離為

 

cm．（阿伏加德羅常數(shù)的值用N_A表示）

Answer 1

考點：原子核外電子排布,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，核外電子數(shù)是5，依據(jù)構(gòu)造原理書寫電子排布式；
（2）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；
（3）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；
（4）由AlN的晶胞結(jié)構(gòu)可知，一個N原子與距離最近的四個Al原子成鍵，因此N采取sp³雜化，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）晶體N原子位于晶胞體對角線的

1

4

處，將體心與下底面相對的兩頂點相連可構(gòu)成等腰三角形，距離最近的兩個N原子相連的連線為該三角形的中位線，所以晶體中最近的兩個N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，核外電子數(shù)是5，核外電子排布式為1s²2s²2p³，
故答案為：1s²2s²2p³；
（2）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，氧化鋁與氮氣和碳在一定條件下反應(yīng)的化學(xué)方程式為Al₂O₃+N₂+3C=2AlN+3CO，
故答案為：AlN；Al₂O₃+N₂+3C=2AlN+3CO；
（3）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；
（4）由AlN的晶胞結(jié)構(gòu)可知，一個N原子與距離最近的四個Al原子成鍵，因此N采取sp³雜化，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，
故答案為：sp³；BC；
（5）晶體N原子位于晶胞體對角線的

1

4

處，將體心與下底面相對的兩頂點相連可構(gòu)成等腰三角形，距離最近的兩個N原子相連的連線為該三角形的中位線，所以晶體中最近的兩個N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

晶胞邊長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N原子的距離為

2

2

?

3	164 ρ?NA

cm，
故答案為：

2

2

?

3	164 ρ?NA

cm．

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，為高考選作真題，難度較大，其中晶胞的計算是該題的難點．