Question

1．碳、氮、氟、硅、銅等元素的化合物廣泛存在于自然界，回答下列問題：
（1）氮氣分子中σ鍵和π鍵的比值為1：2；基態(tài)銅原子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹．
（2）C、N、F三種元素第一電離能由大到小的順序為F＞N＞C；三種元素分別形成的最簡單氫化物中屬于非極性分子的是CH₄（填化學式）．
（3）NF₃是微電子工業(yè)中優(yōu)良的等離子刻蝕氣體，NF₃分子的空間構型為三角錐形； 在NF₃中，N原子的雜化軌道類型為sp³．
（4）金剛砂（SiC）的硬度為9.5，其晶胞結構如圖所示．金剛砂晶體類型為原子晶體，每個C原子周圍最近的C原子數目為12，若晶胞的邊長為a cm，阿伏加德羅常數為N_A，則金剛砂的密度為$\frac{160}{{N}_{A}{a}^{3}}$g•cm^-3（不需要化簡）．

Answer 1

分析 （1）氮氣分子結構式為N≡N，三鍵中含有1個σ鍵、2個π鍵；Cu元素原子核外電子數為29，根據能量最低原理書寫核外電子排布式；
（2）同周期隨原子序數增大，元素第一電離能呈增大趨勢；三種氫化物中甲烷為正四面體對稱結構，分子中正負電荷重心重合，屬于非極性分子；
（3）NF₃分子中N原子孤電子對數=$\frac{5-1×3}{2}$=1、價層電子對數=3+1=4，雜化軌道數目為4；
（4）金剛砂硬度大，晶胞中Si、C原子之間形成共價鍵，為空間網狀結構，屬于原子晶體，晶胞中存在四面體構型，晶胞中Si、C原子位置可以互換，互換后以頂點C原子為研究對象，與之最近的C原子處于面心，每個頂點為8個晶胞共用，每個面心為2個晶胞共用；
晶胞中Si處于頂點與面心、C原子處于晶胞內部，利用均攤法計算晶胞中Si、C原子數目，進而計算晶胞質量，再根據ρ=$\frac{m}{V}$計算晶胞密度．

解答 解：（1）氮氣分子結構式為N≡N，三鍵中含有1個σ鍵、2個π鍵，分子中σ鍵和π鍵的比值為1：2，；Cu元素原子核外電子數為29，根據能量最低原理，核外電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，
故答案為：1：2；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹；
（2）同周期隨原子序數增大，元素第一電離能呈增大趨勢，故第一電離能為：F＞N＞C；三種氫化物中，氨氣為三角錐形，屬于極性分子，HF為雙原子分子，共用電子對偏向F，為極性分子，甲烷為正四面體對稱結構，分子中正負電荷重心重合，屬于非極性分子，
故答案為：F＞N＞C；CH₄；
（3）NF₃分子中N原子孤電子對數=$\frac{5-1×3}{2}$=1、價層電子對數=3+1=4，為三角錐形結構，N原子雜化軌道數目為4，采取sp³雜化，
故答案為：三角錐形；sp³；
（4）金剛砂硬度大，晶胞中Si、C原子之間形成共價鍵，為空間網狀結構，屬于原子晶體，
晶胞中存在四面體構型，晶胞中Si、C原子位置可以互換，互換后以頂點C原子為研究對象，與之最近的C原子處于面心，每個頂點為8個晶胞共用，每個面心為2個晶胞共用，故每個C原子周圍最近的C原子數目為$\frac{3×8}{2}$=12，
晶胞中Si處于頂點與面心，晶胞中Si元素數目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，C原子處于晶胞內部，晶胞中C原子數目為4，故晶胞質量為4×$\frac{40}{{N}_{A}}$g，晶胞體積為（a cm）³，則晶胞密度為4×$\frac{40}{{N}_{A}}$g÷（a cm）³=$\frac{160}{{N}_{A}{a}^{3}}$g•cm^-3，
故答案為：$\frac{160}{{N}_{A}{a}^{3}}$．

點評 本題是對物質結構與性質的考查，涉及核外電子排布、電離能、分子結構與性質、雜化方式與空間構型判斷、晶胞結構與計算等，（4）為易錯點，需要學生具備一定的空間想象，難度中等．