Question

立方氮化硼是一種自然界不存在的人工合成超硬材料，硬度僅次于金剛石，是超硬材料領(lǐng)域的最重要成就之一．請回答下列問題：

（1）在第二周期，原子的第一電離能一般隨核電荷數(shù)的增大而逐漸

 

，比較下列原子的第一電離能：Be

 

 B，N

 

O（填“＞”“＜”），其原因是

 

．
（2）圖甲為立方氮化硼的晶胞，則氮化硼的化學(xué)式為

 

，該晶體中B原子填充N原子的

 

空隙．
若該晶胞的邊長為a cm，那么該晶體的密度為

 

g/cm³（只要求列出算式）．
（3）立方氮化硼的晶體結(jié)構(gòu)與金剛石的結(jié)構(gòu)相似，但其熔點比金剛石的低，試分析其原因

 

．
（4）立方氮化硼由六方氮化硼在高溫高壓下制備，六方氮化硼又稱“白玉墨”，結(jié)構(gòu)和許多性質(zhì)與石墨相似，六方氮化硼中N原子的雜化軌道類型為

 

，請在圖乙的方框中畫出六方氮化硼的平面結(jié)構(gòu)示意圖（用“○”代表N原子，用“●”代表B原子，每種原子不少于7個）．

Answer 1

考點：晶胞的計算

專題：化學(xué)鍵與晶體結(jié)構(gòu)

分析：（1）同周期原子的第一電離能一般隨核電荷數(shù)的增大而呈增大趨勢，Be原子中2s軌道處于全充滿狀態(tài)，N原子中2p軌道處于半充滿狀態(tài)，是比較穩(wěn)定的狀態(tài)，故它們的第一電離能高于兩邊相鄰的原子；
（2）根據(jù)均攤法計算晶胞中N、B原子數(shù)目確定化學(xué)式；由晶胞結(jié)構(gòu)可知，B原子位于4個N原子形成的四面體的中心位置；根據(jù)晶胞含有微粒數(shù)目計算晶胞的質(zhì)量，根據(jù)ρ=

m

V

計算密度；
（3）都屬于原子晶體，根據(jù)鍵長分析，鍵長越長熔點越低；
（4）六方氮化硼晶體與石墨結(jié)構(gòu)相似，石墨層內(nèi)為鄰近的三個碳原子形成三個共價單鍵并排列成平面正六邊形的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將正六邊形間位位置的3個C原子換成3個B原子即得六方氮化硼的層內(nèi)平面結(jié)構(gòu)，根據(jù)B原子成鍵判斷其雜化方式．

解答： 解：（1）同周期原子的第一電離能一般隨核電荷數(shù)的增大而呈增大趨勢，Be原子中2s軌道處于全充滿狀態(tài)，N原子中2p軌道處于半充滿狀態(tài)，是比較穩(wěn)定的狀態(tài)，故它們的第一電離能高于兩邊相鄰的原子，故第一電離能Be＞B、N＞O，
故答案為：增大；＞；＞；Be原子中2s軌道處于全充滿狀態(tài)，N原子中2p軌道處于半充滿狀態(tài)，是比較穩(wěn)定的狀態(tài)，故它們的第一電離能高于兩邊相鄰的原子；
（2）晶胞中N原子數(shù)目=8×

1

8

+6×

1

2

=4、B原子數(shù)目=4，故氮化硼的化學(xué)式為BN；由晶胞結(jié)構(gòu)可知，B原子位于4個N原子形成的四面體的中心位置，故B原子填充N原子的正四面體空隙；晶胞的質(zhì)量=

4×25g

NA

，晶胞的體積為a³cm³，根據(jù)晶胞密度ρ=

m

V

=

4×25g NA

a3 cm3

=

100

a3×NA

g/cm³，
故答案為：BN；四面體；

100

a3×NA

g/cm³；
（3）都屬于原子晶體，立方氮化硼晶體中氮硼鍵的鍵長比金剛石晶體中碳碳鍵的鍵長要長，故熔點比金剛石的低，
故答案為：立方氮化硼晶體中氮硼鍵的鍵長比金剛石晶體中碳碳鍵的鍵長要長，故熔點比金剛石的低；
（4）六方氮化硼晶體與石墨結(jié)構(gòu)相似，石墨層內(nèi)為鄰近的三個碳原子形成三個共價單鍵并排列成平面正六邊形的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將正六邊形間位位置的3個C原子換成3個B原子即得六方氮化硼的層內(nèi)平面結(jié)構(gòu)，B原子成3個B-C鍵、變化孤對電子，故B原子采取sp²雜化，六方氮化硼的平面結(jié)構(gòu)示意圖為，
故答案為：sp²；．

點評：本題考查電離能、晶胞結(jié)構(gòu)與計算、熔沸點比較、雜化軌道等，難度中等，（4）畫圖為易錯點、難點，掌握識記中學(xué)常見晶胞結(jié)構(gòu)．