Question

【題目】C，Si、B，N、Cl在工業(yè)生產(chǎn)中具有重要的應用，試回答下列問題：

(1)碳納米管有單層或多層石墨層卷曲而成，其結(jié)構(gòu)類似于石墨晶體，每個碳原子通過________雜化與周圍碳原子成鍵，多層碳納米管的層與層之間靠________結(jié)合在一起。

(2)現(xiàn)在新開發(fā)出一種具有和“龍芯”主要成分一樣的六角形籠狀結(jié)構(gòu)單質(zhì)Si12，它可能在未來的量子計算機中是一種理想的貯存信息的材料，根據(jù)圖示推斷這種六角形籠狀結(jié)構(gòu)：Si12是____晶體，它與單晶硅互稱為________。

(3)SiC晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相似，碳化硅的結(jié)構(gòu)與金剛石類似，其硬度僅次于金剛石，具有較強的耐磨性能。其中C原子的雜化方式為____________，微粒間存在的作用力是_____________，每個Si原子周圍距離最近的C原子為______個，其鍵角為_________。設晶胞邊長為a cm，密度為b g·cm－3，則阿伏加德羅常數(shù)可表示為____________________(用含A，b的式子表示)。

(4)氮化硼(BN)是一種重要的功能陶瓷材料，以天然硼砂為起始物，經(jīng)過一系列反應可以得到BN。由于BN與CC屬于等電子體物質(zhì)，其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有很大的相似性。

①BN有兩種晶體，對BN兩種晶體的描述中不正確的是______ 。

A．其中一種晶體可用作耐磨材料

B．其中一種晶體可用作潤滑材料

C．其中一種晶體鍵角為90°

D．其中一種晶體中存在六元環(huán)

②在與石墨結(jié)構(gòu)相似的六方氮化硼晶體中，層內(nèi)B原子與N原子之間的作用力為________，層間作用力為__________。B原子和N原子的雜化類型分別是________、__________。

③六方氮化硼在高溫高壓下，可以轉(zhuǎn)化為立方氮化硼，其結(jié)構(gòu)與金剛石相似，硬度與金剛石相當，晶胞邊長為a cm，立方氮化硼晶胞中含有____個氮原子、_____個硼原子，晶胞頂點上的原子的配位數(shù)為______，立方氮化硼的密度是_________g·cm－3(阿伏加德羅常數(shù)為NA)。

④立方氮化硼比晶體硅具有更高硬度和耐熱性的原因是_____________________________。

(5)已知氮化碳晶體是新發(fā)現(xiàn)的高硬度材料，且構(gòu)成該晶體的微粒間只以單鍵結(jié)合。下列關于該晶體的說法錯誤的是____________。

A．氮化碳屬于原子晶體，比金剛石中的硬度更大

B．該晶體中每個碳原子與4個氮原子相連，每個氮原子與3個碳原子相連，氮化碳的化學式為C3N4

C．該晶體中碳原子和氮原子的最外層都滿足8電子結(jié)構(gòu)

D．該晶體與金剛石相似，都是原子間以非極性鍵形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)

Answer 1

【答案】sp2 范德華力 分子 同素異形體 sp3 共價鍵 4 109.5 160/ba3mol－1 C 共價鍵(極性鍵) 范德華力(或分子間作用力) sp2 sp2 4 4 4 200/a3NA N和B的原子半徑比Si的原子半徑小，B－N鍵長比Si－Si短 D

【解析】

石墨屬于層狀結(jié)構(gòu)，同一層內(nèi)碳元素是通過sp2雜化與其它碳原子成鍵；而層與層之間通過分子間作用力（范德華力）結(jié)合在一起；金剛石中每個碳原子與4個碳原子結(jié)合呈四面體構(gòu)型，則碳原子雜化方式為sp3，每個微粒間的作用力為共價鍵；一個金剛石的晶胞中含有8個碳原子，晶胞頂點上的原子配位數(shù)為4。

（1）石墨屬于層狀結(jié)構(gòu)，同一層內(nèi)碳元素是通過sp2雜化與其它碳原子成鍵；而層與層之間通過分子間作用力（范德華力）結(jié)合在一起；答案為sp2；范德華力；

（2）Si12是分子，固體時為分子晶體，它與晶體硅的結(jié)構(gòu)不同，故為同素異形體；答案為：分子；同素異形體；

（3）金剛石中每個碳原子與4個碳原子結(jié)合呈四面體構(gòu)型，則碳原子雜化方式為sp3，每個微粒間的作用力為共價鍵；每個Si周圍有4個C原子，鍵角為109.5；該晶胞中含4個C原子，4個Si原子，，NA=160/ba3mol－1；答案為：sp3；共價鍵；4；109.5；160/ba3mol－1；

（4）①A.BN與CC屬于等電子體物質(zhì)，其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有相似性，因此BN也具有2中晶體，一種類似石墨的層狀結(jié)構(gòu)，可用作潤滑材料；A正確；

B.另一種類似金剛石的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可用作耐磨劑；B正確；

C.兩種晶體的鍵角一個為120，另一個為109.5，不是90；C錯誤；

D.類似石墨的為平面層狀六元環(huán)，D正確；答案為C。

②與石墨結(jié)構(gòu)相似的六方氮化硼晶體中，層內(nèi)N、B間以共價鍵結(jié)合，層與層之間以分子間的作用力結(jié)合，相鄰原子間的雜化方式為sp2。答案為：共價鍵(極性鍵)；范德華力(或分子間作用力)；sp2；sp2；

③立方氮化硼，其結(jié)構(gòu)與金剛石相似，一個金剛石的晶胞中含有8個碳原子，則BN晶胞中含4個N原子，4個B原子，晶胞頂點上的原子配位數(shù)為4，晶胞的質(zhì)量為200/NAg，體積為a3cm3，則密度為200/a3NA，答案為：4；4；4；200/a3NA

④氮化硼晶體，氮原子、硼原子半徑比硅原子半徑小，則鍵長短，鍵能大，具有更高硬度和耐熱性。答案為：N和B的原子半徑比Si的原子半徑小，B－N鍵長比Si－Si短；

（5）A.氮化硼晶體時高硬度材料，可確定為原子晶體，氮原子半徑比碳原子半徑小，則鍵長短，鍵能大，比金剛石硬度大，A正確；

B.一個碳原子可組成4條單鍵，氮原子可組成3條單鍵，都以單鍵結(jié)合，則每個碳原子與4個氮原子相連，每個氮原子與3個碳原子相連，氮化碳的化學式為C3N4，B正確；

C.氮化碳晶體中，碳原子組成4個共用電子對，氮原子組成3個共用電子對，都滿足8個穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，C正確；

D.N、C原子半徑不同，對共用電子對的作用力不同，相鄰原子間形成極性共價鍵，D錯誤；答案為D