Question

1．已知氮化鋁的晶胞結構如圖所示，請回答下列問題．

（1）NH₃的空間構型為三角錐形，NH₃極易溶于水的主要原因氨氣分子與水分子之間形成氫鍵．
（2）比較穩定性強弱 H₂O＞SiH₄（填“＞”或“＜”），解釋原因氧元素非金屬性比硅的強．
（3）圖中 4 個氮原子共形成4個配位鍵，氮原子的配位數為4，每個鋁原子周圍緊鄰12個鋁原子．
（4）已知（CH₃）₃Al 為非極性分子，結構簡式為：，則其中鋁原子的雜化方式為sp²．若氮化鋁可由（CH₃）₃Al 和 NH₃在一定條件下反應制得，反應的方程式為：（CH₃）₃Al+NH₃$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$AlN+3CH₄ ，該反應與取代反應有機反應類型相似（填反應名稱）．
（5）寫出與氮化鋁互為等電子體的一種單質的名稱金剛石，氮化鋁、氮化硅屬同種晶體類型，其中硬度較大的物質的化學式是氮化硅．

Answer 1

分析 （1）氨氣分子為三角錐形；氨氣分子與水分子之間形成氫鍵；
（2）元素非金屬性越強，對應氫化物越穩定；
（3）由AlN的晶胞結構可知，一個N原子與距離最近的四個Al原子成鍵，每個鋁和氮周圍都有四個共價鍵，都達八電子穩定結構，而鋁原子最外層原來只有三個電子，氮原子最外層有5個電子，每個N原子都形成1個配位鍵；以頂點Al原子研究，與之緊鄰的鋁原子處于面心位置；
（4）（CH₃）₃Al為非極性分子，Al原子與3個甲基形成平面正三角形結構；晶胞中晶胞中N原子數目為4、Al原子數目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，氮化鋁化學式為AlN，可由（CH₃）₃Al和NH₃在一定條件下反應制得，由元素守恒可知還生成甲烷；
（5）等電子體的結構相似，原子總數、價電子總數也相等，將晶胞中Al原子、N原子可以替換為碳原子得到其等電子體；
氮化鋁、氮化硅均屬于原子晶體，鍵長越短，共價鍵越穩定，物質的硬度越大．

解答 解：（1）NH₃的空間構型為三角錐形；NH₃極易溶于水的主要原因：氨氣分子與水分子之間形成氫鍵，
故答案為：三角錐形；氨氣分子與水分子之間形成氫鍵；
（2）元素非金屬性越強，等于氫化物越穩定，由于氧元素非金屬性比硅的強，故氫化物穩定性：H₂O＞SiH₄，
故答案為：＞；氧元素非金屬性比硅的強；
（3）由AlN的晶胞結構可知，一個N原子與距離最近的四個Al原子成鍵，每個鋁和氮周圍都有四個共價鍵，都達八電子穩定結構，而鋁原子最外層原來只有三個電子，氮原子最外層有5個電子，每個N原子都形成1個配位鍵，圖中4 個氮原子共形成4個配位鍵，氮原子的配位數為4；
以頂點Al原子研究，與之緊鄰的鋁原子處于面心位置，每個頂點為8個晶胞共用，每個面為2個晶胞共用，故每個鋁原子周圍緊鄰的鋁原子數目為$\frac{8×3}{2}$=12，
故答案為：4；4；12；
（4）（CH₃）₃Al為非極性分子，Al原子與3個甲基形成平面正三角形結構，Al原子采取sp²雜化，
晶胞中晶胞中N原子數目為4、Al原子數目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，氮化鋁化學式為AlN，可由（CH₃）₃Al和NH₃在一定條件下反應制得，由元素守恒可知還生成甲烷，反應方程式為：（CH₃）₃Al+NH₃$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$AlN+3CH₄ ，該反應與機反應中取代反應類型相似，
故答案為：sp²；（CH₃）₃Al+NH₃$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$AlN+3CH₄ ；取代反應；
（5）等電子體的結構相似，原子總數、價電子總數也相等，將晶胞中Al原子、N原子可以替換為碳原子得到其等電子體，則其等電子體為金剛石等；
氮化鋁、氮化硅均屬于原子晶體，由于Si原子半徑小于Al的原子半徑，故N-Si的鍵長比N-Al的短，故N-Si鍵更穩定，氮化硅的硬度更大，
故答案為：金剛石；氮化硅．

點評 本題是對物質結構的考查，涉及元素周期律應用、微粒構型判斷、晶胞結構與計算、配位鍵、等電子體、晶體類型與性質等，題目培養學生分析能力、知識遷移運用能力，難度較大．