Question

【题目】[化学——选修3：物质结构与性质]

氮的化合物在生产、生活中有广泛应用。

（1）氮化镓(GaN)是新型的半导体材料。基态氮原子的核外电子排布图为____；基态镓(Ga)原子的核外具有____种不同能量的电子。

（2）乙二氨的结构简式为(H2N-CH2-CH2-NH2，简写为en)。

①分子中氮原子轨道杂化类型为____；

②乙二氨可与铜离子形成配合离子[Cu(en)2]2+，其中提供孤电子对的原子是____，配合离子结构简式为____；

③乙二氨易溶于水的主要原因是____。

（3）氮化硼(BN)是一种性能优异、潜力巨大的新型材料，主要结构有立方氮化硼（如图1）和六方氮化硼（如图2），前者类似于金刚石，后者与石墨相似。

①图1中氮原子的配位数为____，离硼原子最近且等距离的硼原子有____个；

②已知六方氮化硼同层中B与N之间的距离为acm，密度为dgcm-3，则相邻层与层之间的距离为____pm(列出表达式)。

Answer 1

【答案】 8 sp3 N 乙二氨与水形成分子间氢键，乙二氨分子与水分子均为极性分子 4 12 1010

【解析】

（1）氮原子核外有7个电子，电子排布式为1s22s22p3；镓为31号元素，电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1，依据电子排布式解答；

（2）①H2N-CH2-CH2-NH2中氮原子的价层电子对数为（5+3）=4；

②中心原子Cu2+提供空轨道，乙二氨分子中N原子提供孤对电子；

③乙二氨和水都是极性分子，相似相溶，乙二氨分子与水分子间可形成氢键。

（3）①观察晶胞结构发现N原子周围距离最近的B数目为4，即配位数为4；由图可知，晶胞为面心立方堆积，以顶点的N原子分析，位于面心的原子与之相邻，1个顶点原子为12个面共用，所以离N原子最近且等距离的N原子有12个，同理离硼原子最近且等距离的硼原子有12个；

②每个六棱柱平均含有一个N原子和一个B原子，两原子的相对原子质量之和为25，设层与层之间距离为h，六棱柱体积为a2hcm3，六棱柱质量为=a2hdg，所以h=cm=×1010pm。

（1）氮原子核外有7个电子，基态氮原子的核外电子排布图为；镓为31号元素，电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1，有8个不同的能层，所以基态镓(Ga)原子的核外具有8种不同能量的电子。

故答案为：；8；

（2）①H2N-CH2-CH2-NH2中氮原子的价层电子对数为（5+3）=4，所以轨道杂化类型为sp3；

②配合离子[Cu(en)2]2+中心原子Cu2+提供空轨道，乙二氨分子中N原子提供孤对电子，因此提供孤电子对的原子是N，配合离子结构简式为；

③乙二氨和水都是极性分子，相似相溶，乙二氨分子与水分子间可形成氢键，所以乙二氨易溶于水。

故答案为：sp3；N；；乙二氨与水形成分子间氢键，乙二氨分子与水分子均为极性分子；

（3）①观察晶胞结构发现N原子周围距离最近的B数目为4，即配位数为4；由图可知，晶胞为面心立方堆积，以顶点的N原子分析，位于面心的原子与之相邻，1个顶点原子为12个面共用，所以离N原子最近且等距离的N原子有12个，同理离硼原子最近且等距离的硼原子有12个；

②选取晶体结构中最小的正六棱柱为计算单位，根据均摊法可以计算出每个六棱柱平均含有一个N原子和一个B原子，两原子的相对原子质量之和为25。已知六方氮化硼同层中B与N之间的距离为acm，则正六边形的边长为acm，设层与层之间距离为h，六棱柱体积为a2hcm3，又知其密度为dgcm-3，则六棱柱质量为=a2hd g，所以h=cm=×1010pm，则层与层之间距离的计算表达式为×1010pm。

故答案为：4；12；1010。