Question

【题目】C、N和Si能形成多种高硬度材料，如Si3N4,C3N4,SiC.

(1)Si3N4和C3N4中硬度较高的是______,理由是_________.

(2)C和N能形成一种类石墨结构材料，其合成过程如下图所示。该类石墨结构材料化合物的化学式为_________。其合成过程中有三聚氰胺形成，三聚氰胺中N原子的杂化方式有_____________。

(3)C和N还能形成一种五元环状有机物咪唑(im)，其结构为。化合物[Co(im)6]SiF6的结构示意图如下:

①Co原子的价层电子轨道表达式(价层电子排布图)为_____。N与Co之间的化学键类型是___，判断的理由是__________。

②阴离子SiF62-中心原子Si的价层电子对数为______。阳离子(Co(im)6]2+和SiF62-之间除了阴阳离子间的静电作用力，还存在氢键作用，画出该氢键的表示式_______。

例如水中氢键的表示式为:

(4)SiC为立方晶系晶体，晶胞參数为a,已知Si原子半径为rSi,C原子半径为rC,该晶胞中原子的分数坐标为:

则SiC立方晶胞中含有____个Si原子、____个C原子，该晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为__________(列出计算式即可)。

Answer 1

【答案】 C3N4 两者同属原子晶体(答两者结构相似)，C的原子半径小于Si,与Si-N相比，C-N的键长短、键能大 C6N8或(C6N8)n或C3N4或(C3N4)n sp2、sp3 配位键 N有孤对电子，Co2+有空轨道 6 4 4

【解析】(1)相同类型的晶体中，原子半径越小，键能越大，其硬度就越大。所以Si3N4和C3N4中硬度较高的是C3N4原因是两者同属原子晶体，C的原子半径小于Si,与Si-N相比，C-N的键长短、键能大 。(2)由结构可判断出化学式为C6N8或(C6N8)n或C3N4或(C3N4)n 。环中N原子形成2个σ键,含有1对孤电子对,杂化轨道数目为3,采取sp2杂化,氨基中N原子形成3个σ键,含有1对孤电子对,杂化轨道数目为4,采取sp3杂化,（3）①Co原子的价层电子为最外层和次外层电子，其电子轨道表达式为。因N有孤对电子，Co2+有空轨道，所以N与Co之间可形成配位键。②价层电子对数=成键数+孤电子对数，孤电子对数=（中心原子的最外层电子数-配位原子×与中心原子结合的原子最多能接受的电子数）/2，由此可算出中心原子Si的价层电子对数为4。氢键发生在非金属强的原子和氢原子之间，在该物质中氢键可表示为。（4）从该晶胞中原子的分数坐标可看出，每个C原子周围有4个Si原子，每个Si原子有4个C原子，形成正四面体结构，所以SiC立方晶胞中含有4个Si原子、4个C原子。其总体积为4/3πrc3×4+4/3πrsi3×4=16/3π(rc3+ rsi3)。则该晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为16/3π(rc3+ rsi3)/a3×100%