Question

4．哈佛大學(xué)A．Y．Liu教授首次合成類金剛石相氮化碳（β--C₃N₄）．福州大學(xué)王新晨教授在此基礎(chǔ)上以單氰胺（
CH₂N₂）為原料制得光催化劑類石墨相氮化碳（g-C₃N₄），其單層結(jié)構(gòu)如圖a，

（1）C、H，N元素電負(fù)性從大到小的順序?yàn)镹、C、H（填元素符號(hào)）．
（2）β--C₃N₄熔點(diǎn)、硬度均高于金剛石，其原因?yàn)棣?-C₃N₄和金剛石都是原子晶體，C-N鍵長(zhǎng)小于C-C，鍵能更大，熔點(diǎn)高硬度大．
（3）β--C₃N₄和g--C₃N₄中碳原子的雜化軌道類型分別為sp³、sp²．
（4）單氰胺的結(jié)構(gòu)式為．
（5）g--C₃N₄中存在的作用力為bce（填序號(hào)）．
a．離子鍵 b．σ鍵 c．π鍵  d．氫鍵  e．范德華力
（6）g--C₃N₄中摻雜少量鐵元素能提高光催化效果．圖b為g--C₃N₄的另一種單層結(jié)構(gòu)；圖c為Fe³⁺摻雜前后N-1s譜圖（N原子1s的XPS譜圖，圖中峰的強(qiáng)度正比于原子數(shù)目），圖c中橫坐標(biāo)為g--C₃N₄中N-1s結(jié)合能（原子結(jié)合能與穩(wěn)定性成正比），摻雜Fe³⁺后，結(jié)合能最小的譜線發(fā)生了明顯右移．
①Fe³⁺的價(jià)電子軌道表示式為．
②發(fā)生位移的譜線對(duì)應(yīng)的N原子為1，2（填圖b中的序號(hào)）．
③譜線右移的原因?yàn)閾诫s后Fe³⁺與N原子形成配位鍵，N原子周圍的電子云密度降低，原子核對(duì)核外導(dǎo)致的束縛能力提高，0.14%Fe-g-C₃N₄樣品中N-1s軌道結(jié)合能升高．

Answer 1

分析 （1）元素的非金屬性越強(qiáng)，其吸引電子能力越強(qiáng)，則其電負(fù)性越大；
（2）原子晶體熔沸點(diǎn)、硬度與鍵長(zhǎng)成反比；
（3）β--C₃N₄中C原子價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)是4、g--C₃N₄中碳原子價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)是3且不含孤電子對(duì)，根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互稱理論判斷C原子雜化方式；
（4）單氰胺N原子形成3個(gè)共價(jià)鍵、H原子形成1個(gè)共價(jià)鍵、C原子形成4個(gè)共價(jià)鍵，據(jù)此書寫其結(jié)構(gòu)式；
（5）g--C₃N₄是分子晶體，非金屬元素之間形成的共價(jià)單鍵為σ鍵、共價(jià)雙鍵中一個(gè)是σ鍵、一個(gè)是π鍵，分子晶體中分子之間存在范德華力；
（6）①Fe原子失去3個(gè)電子生成Fe³⁺，其3d電子為價(jià)電子；
②Fe³⁺與N原子形成配位鍵導(dǎo)致譜線發(fā)生移動(dòng)；
③Fe³⁺與N原子形成配位鍵，N原子周圍的電子云密度降低，原子核對(duì)核外導(dǎo)致的束縛能力提高，樣品中N-1s軌道結(jié)合能升高．

解答 解：（1）元素的非金屬性越強(qiáng)，其吸引電子能力越強(qiáng)，則其電負(fù)性越大，這幾種元素非金屬性強(qiáng)弱順序是N＞C＞H，所以電負(fù)性大小順序是N＞C＞H，故答案為：N＞C＞H；
（2）原子晶體熔沸點(diǎn)、硬度與鍵長(zhǎng)成反比，β--C₃N₄是原子晶體，C-N原子之間形成共價(jià)鍵，且C-N鍵長(zhǎng)小于C-C，則鍵能更大、熔點(diǎn)高硬度大，
故答案為：β--C₃N₄和金剛石都是原子晶體，C-N鍵長(zhǎng)小于C-C，鍵能更大，熔點(diǎn)高硬度大；
（3）β--C₃N₄中C原子價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)是4、g--C₃N₄中碳原子價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)是3且不含孤電子對(duì)，根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互稱理論判斷C原子雜化方式分別為sp³、sp²，故答案為：sp³、sp²；
（4）單氰胺N原子形成3個(gè)共價(jià)鍵、H原子形成1個(gè)共價(jià)鍵、C原子形成4個(gè)共價(jià)鍵，據(jù)此書寫其結(jié)構(gòu)式為，
故答案為：；
（5）g--C₃N₄是分子晶體，非金屬元素之間形成的共價(jià)單鍵為σ鍵、共價(jià)雙鍵中一個(gè)是σ鍵、一個(gè)是π鍵，分子晶體中分子之間存在范德華力，C和N原子之間存在共價(jià)共價(jià)單鍵和共價(jià)雙鍵，故選bce；
（6）①Fe原子失去3個(gè)電子生成Fe³⁺，其3d電子為價(jià)電子，其價(jià)電子軌道表示式為，
故答案為：；
②Fe³⁺與N原子形成配位鍵導(dǎo)致譜線發(fā)生移動(dòng)，而圖中1，2號(hào)N原子含有對(duì)孤對(duì)電子，能形成配位鍵，
故答案為：1，2；
③摻雜后Fe³⁺與N原子形成配位鍵，N原子周圍的電子云密度降低，原子核對(duì)核外導(dǎo)致的束縛能力提高，0.14%Fe-g-C₃N₄樣品中N-1s軌道結(jié)合能升高，故譜線右移．
故答案為：摻雜后Fe³⁺與N原子形成配位鍵，N原子周圍的電子云密度降低，原子核對(duì)核外導(dǎo)致的束縛能力提高，0.14%Fe-g-C₃N₄樣品中N-1s軌道結(jié)合能升高．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及電負(fù)性、晶體類型與性質(zhì)、化學(xué)鍵、核外電子排布、晶體結(jié)構(gòu)等，（6）為易錯(cuò)點(diǎn)、難點(diǎn)，具有一定的區(qū)分度，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查．