Question

【题目】据报道复旦大学修发贤教授课题组成功制备出砷化铌纳米带，并观测到其表面态具有百倍于金属铜薄膜和千倍于石墨烯的导电性。相关研究论文已在线发表于权威科学期刊《自然》。回答下列问题：

（1）铌元素(Nb)为一种金属元素，其基态原子的核外电子排布式为[Kr]4d55s1。下列是Nb的不同微粒的核外电子排布式，其中失去最外层1个电子所需能量最小的是___（填标号）。

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

（2）砷为第VA族元素，砷可以与某些有机基团形成有机化合物，如(ClCH=CH)2AsCl，其中As原子与2个C原子、1个Cl原子形成的VSEPR模型为____。

（3）英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯，因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖；而石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。

已知“石墨烯”的平面结构如图所示，一定条件下石墨烯与H2发生加成反应生成石墨烷，石墨烷中碳原子杂化类型是___，石墨烯导电的原因是____。

（4）石墨烯也可采用化学方法进行制备如采用六氯苯、六溴苯作为原料可制备石墨烯。下表给出了六氯苯、六溴苯、苯六酸俗名为蜜石酸的熔点和水溶性：

物质	六氯苯	六溴苯	苯六酸
熔点/℃	231	325	287
水溶性	不溶	不溶	易溶

六溴苯的熔点比六氯苯高的原因是____，苯六酸与六溴苯、六氯苯的水溶性存在明显的差异本质原因是___。

（5）出于以更高效率利用太阳光等目的研制出金红石型铌氧氮化物(NbON)，比以往的光学半导体更能够吸收长波长侧的光，作为光学半导体的新材料。该化合物的晶胞有如图所示的两种构型，若晶胞的边长为apm，该晶体的密度为__g·cm-3。（NA是阿伏加德罗常数的值，相关原子量：Nb—93）

Answer 1

【答案】a 四面体形 sp3 石墨烯中每个碳原子垂直于层平面的2p轨道上的电子，都参与形成了贯穿全层的多原子的大键，因而具有优良的导电性 两者结构相似，六溴苯的相对分子质量大于六氯苯，形成的范德华力强，熔点高 苯六酸含多个羧基，与水分子形成氢键，从而易溶于水，六氯苯、六溴苯为非极性分子，难溶于水

【解析】

（1）激发态失去最外层1个电子所需能量最小；

（2）As原子与2个C原子、1个Cl原子形成共价键，还有一对孤电子对；

（3）石墨烷中碳原子形成4个共价键，杂化类型为sp3；石墨烯中每个碳原子垂直于层平面的2p轨道上的电子，都参与形成了贯穿全层的多原子的大键，因而具有优良的导电性；

（4）分子晶体，结构相似，相对分子质量越大，形成的范德华力强，熔点高；苯六酸含多个羧基，与水分子能形成氢键；六氯苯、六溴苯为非极性分子，根据相似相溶原理，均难溶于水；

（5）根据计算。

（1）Nb元素的基态原子的核外电子排布式为[Kr]4d55s1，失去最外层1个电子所需能量， [Kr]4d35s15p1属于激发态的电子排布式，所以失去最外层1个电子所需能量最小的a，故答案为：a；

（2）As原子与2个C原子、1个Cl原子形成共价键，还有一对孤电子对，其VSEPR模型为四面体形，故答案为：四面体形；

（3）石墨烯与H2发生加成反应生成石墨烷，石墨烷中碳原子形成4个共价键，杂化类型为sp3；石墨烯中每个碳原子垂直于层平面的2p轨道上的电子，都参与形成了贯穿全层的多原子的大键，因而具有优良的导电性，故答案为：sp3；石墨烯中每个碳原子垂直于层平面的2p轨道上的电子，都参与形成了贯穿全层的多原子的大键，因而具有优良的导电性；

（4）六溴苯和六氯苯均属于分子晶体，且结构相似，六溴苯的相对分子质量大于六氯苯，形成的范德华力强，熔点高；苯六酸含多个羧基，与水分子能形成氢键，从而易溶于水，六氯苯、六溴苯为非极性分子，根据相似相溶原理，均难溶于水，故答案为：两者结构相似，六溴苯的相对分子质量大于六氯苯，形成的范德华力强，熔点高；苯六酸含多个羧基，与水分子形成氢键，从而易溶于水，六氯苯、六溴苯为非极性分子，难溶于水；

（5）根据晶胞图可知，该晶胞中含有2个Nb原子，2个O原子，2个N原子，所以，故答案为：；