Question

【題目】據(jù)報(bào)道復(fù)旦大學(xué)修發(fā)賢教授課題組成功制備出砷化鈮納米帶，并觀測(cè)到其表面態(tài)具有百倍于金屬銅薄膜和千倍于石墨烯的導(dǎo)電性。相關(guān)研究論文已在線發(fā)表于權(quán)威科學(xué)期刊《自然》。回答下列問(wèn)題：

（1）鈮元素(Nb)為一種金屬元素，其基態(tài)原子的核外電子排布式為[Kr]4d55s1。下列是Nb的不同微粒的核外電子排布式，其中失去最外層1個(gè)電子所需能量最小的是___（填標(biāo)號(hào)）。

a.[Kr]4d35s15p1b.[Kr]4d45s1c.Kr]4d2d.Kr]4d3

（2）砷為第VA族元素，砷可以與某些有機(jī)基團(tuán)形成有機(jī)化合物，如(ClCH=CH)2AsCl，其中As原子與2個(gè)C原子、1個(gè)Cl原子形成的VSEPR模型為____。

（3）英國(guó)曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯坦丁諾沃肖洛夫用微機(jī)械剝離法成功從石墨中分離出石墨烯，因此共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)；而石墨烯具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性在材料學(xué)、微納加工、能源、生物醫(yī)學(xué)和藥物傳遞等方面具有重要的應(yīng)用前景，被認(rèn)為是一種未來(lái)革命性的材料。

已知“石墨烯”的平面結(jié)構(gòu)如圖所示，一定條件下石墨烯與H2發(fā)生加成反應(yīng)生成石墨烷，石墨烷中碳原子雜化類型是___，石墨烯導(dǎo)電的原因是____。

（4）石墨烯也可采用化學(xué)方法進(jìn)行制備如采用六氯苯、六溴苯作為原料可制備石墨烯。下表給出了六氯苯、六溴苯、苯六酸俗名為蜜石酸的熔點(diǎn)和水溶性：

物質(zhì)	六氯苯	六溴苯	苯六酸
熔點(diǎn)/℃	231	325	287
水溶性	不溶	不溶	易溶

六溴苯的熔點(diǎn)比六氯苯高的原因是____，苯六酸與六溴苯、六氯苯的水溶性存在明顯的差異本質(zhì)原因是___。

（5）出于以更高效率利用太陽(yáng)光等目的研制出金紅石型鈮氧氮化物(NbON)，比以往的光學(xué)半導(dǎo)體更能夠吸收長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)的光，作為光學(xué)半導(dǎo)體的新材料。該化合物的晶胞有如圖所示的兩種構(gòu)型，若晶胞的邊長(zhǎng)為apm，該晶體的密度為__g·cm-3。（NA是阿伏加德羅常數(shù)的值，相關(guān)原子量：Nb—93）

Answer 1

【答案】a 四面體形 sp3 石墨烯中每個(gè)碳原子垂直于層平面的2p軌道上的電子，都參與形成了貫穿全層的多原子的大鍵，因而具有優(yōu)良的導(dǎo)電性 兩者結(jié)構(gòu)相似，六溴苯的相對(duì)分子質(zhì)量大于六氯苯，形成的范德華力強(qiáng)，熔點(diǎn)高 苯六酸含多個(gè)羧基，與水分子形成氫鍵，從而易溶于水，六氯苯、六溴苯為非極性分子，難溶于水

【解析】

（1）激發(fā)態(tài)失去最外層1個(gè)電子所需能量最小；

（2）As原子與2個(gè)C原子、1個(gè)Cl原子形成共價(jià)鍵，還有一對(duì)孤電子對(duì)；

（3）石墨烷中碳原子形成4個(gè)共價(jià)鍵，雜化類型為sp3；石墨烯中每個(gè)碳原子垂直于層平面的2p軌道上的電子，都參與形成了貫穿全層的多原子的大鍵，因而具有優(yōu)良的導(dǎo)電性；

（4）分子晶體，結(jié)構(gòu)相似，相對(duì)分子質(zhì)量越大，形成的范德華力強(qiáng)，熔點(diǎn)高；苯六酸含多個(gè)羧基，與水分子能形成氫鍵；六氯苯、六溴苯為非極性分子，根據(jù)相似相溶原理，均難溶于水；

（5）根據(jù)計(jì)算。

（1）Nb元素的基態(tài)原子的核外電子排布式為[Kr]4d55s1，失去最外層1個(gè)電子所需能量， [Kr]4d35s15p1屬于激發(fā)態(tài)的電子排布式，所以失去最外層1個(gè)電子所需能量最小的a，故答案為：a；

（2）As原子與2個(gè)C原子、1個(gè)Cl原子形成共價(jià)鍵，還有一對(duì)孤電子對(duì)，其VSEPR模型為四面體形，故答案為：四面體形；

（3）石墨烯與H2發(fā)生加成反應(yīng)生成石墨烷，石墨烷中碳原子形成4個(gè)共價(jià)鍵，雜化類型為sp3；石墨烯中每個(gè)碳原子垂直于層平面的2p軌道上的電子，都參與形成了貫穿全層的多原子的大鍵，因而具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，故答案為：sp3；石墨烯中每個(gè)碳原子垂直于層平面的2p軌道上的電子，都參與形成了貫穿全層的多原子的大鍵，因而具有優(yōu)良的導(dǎo)電性；

（4）六溴苯和六氯苯均屬于分子晶體，且結(jié)構(gòu)相似，六溴苯的相對(duì)分子質(zhì)量大于六氯苯，形成的范德華力強(qiáng)，熔點(diǎn)高；苯六酸含多個(gè)羧基，與水分子能形成氫鍵，從而易溶于水，六氯苯、六溴苯為非極性分子，根據(jù)相似相溶原理，均難溶于水，故答案為：兩者結(jié)構(gòu)相似，六溴苯的相對(duì)分子質(zhì)量大于六氯苯，形成的范德華力強(qiáng)，熔點(diǎn)高；苯六酸含多個(gè)羧基，與水分子形成氫鍵，從而易溶于水，六氯苯、六溴苯為非極性分子，難溶于水；

（5）根據(jù)晶胞圖可知，該晶胞中含有2個(gè)Nb原子，2個(gè)O原子，2個(gè)N原子，所以，故答案為：；