Question

【題目】離子液體是一類具有很高應用價值的綠色溶劑和催化劑，其中的EMIM＋由H、C、N三種元素組成，結構如下圖所示。回答下列問題：

(1)碳原子價層電子的軌道表達式為______，基態(tài)碳原子中，核外電子占據的最高能級的電子云輪廓圖為______形。

(2)根據價層電子對互斥理論，NH3、、中，中心原子價層電子對數不同于其他兩種粒子的是_______。NH3比PH3的沸點高，原因是____________。

(3)氮元素的第一電離能比同周期相鄰元素都大的原因是____________。

(4)EMIM＋中，碳原子的雜化軌道類型為________。分子中的大π鍵可用符號表示，其中n代表參與形成的大π鍵原子數，m代表參與形成的大π鍵電子數(如苯分子中的大π鍵可表示為)，則EMIM＋中的大π鍵應表示為________。

(5)立方氮化硼硬度僅次于金剛石，但熱穩(wěn)定性遠高于金剛石，其晶胞結構如下圖所示。立方氮化硼屬于______晶體，其中硼原子的配位數為_____。已知：立方氮化硼密度為d g/cm3，B原子半徑為x pm，N原子半徑為y pm，阿伏加德羅常數的值為NA，則該晶胞中原子的空間利用率為_______(列出化簡后的計算式)。

Answer 1

【答案】 啞鈴 NH3 氨分子間存在氫鍵 基態(tài)氮原子電子占據的最高能級為半充滿，較穩(wěn)定 sp2、sp3 原子 4 ×100%

【解析】

根據構造原理、泡利原理和洪特規(guī)則寫出碳原子的價層電子軌道表示式；根據價層電子對互斥理論計算中心原子價層電子對數；根據大π鍵的書寫方法和EMIM＋的結構表示EMIM＋里的大π鍵；根據晶體的物理特征判斷立方氮化硼的晶體類型，根據晶體結構判斷B原子的配位數和計算晶胞中的原子利用率。

(1)碳原子價電子排布式為2s22p2，所以價層電子的軌道表達式為；基態(tài)碳原子核外電子占據的最高能級為2p，p軌道的電子云輪廓圖為啞鈴形。

(2)NH3中N原子價層電子對個數＝3＋(5-3×1)＝4，NO3－中N原子價層電子對個數＝3＋(5＋1－3×2)＝3；NO2－中N原子價層電子對個數＝2＋(5＋1－2×2)＝3，所以中心原子價層電子對數不同于其他兩種粒子的是NH3；NH3比PH3的沸點高是因為氨分子間存在氫鍵。

(3)ⅤA族元素的第一電離能比同周期相鄰元素的都大，是因為ⅤA族元素的最高能級p軌道上的電子為半充滿狀態(tài)，能量低，較穩(wěn)定，失去一個電子需要的能量多，所以氮元素的第一電離能比同周期相鄰元素都大。

(4)根據EMIM＋的結構圖可知，甲基和亞甲基上的碳原子的雜化方式為sp3，環(huán)上的碳原子的雜化方式為sp2；五元環(huán)中存在大π鍵，參與形成大π鍵的原子總數為5個，每個氮原子提供2個電子，每個碳原子提供1個電子，失去一個電子后，共有6個電子形成大π鍵，可用符號表示。

(5)立方氮化硼硬度僅次于金剛石，晶體類型類似于金剛石，是原子晶體；晶胞中每個N原子連接4個B原子，晶胞中N原子數為4，B原子數＝8×＋6×＝4，氮化硼化學式為BN，所以晶胞中每個B原子也連接4個N原子，即硼原子的配位數為4；晶胞的質量m＝g＝g，晶胞的體積V＝＝ cm3＝cm3，B、N原子總體積V′＝4×[]＝×(x3＋y3)×10－30cm3，晶胞中原子的空間利用率＝×100%＝×100%＝×100%。