Question

1．N和Si是合成新型非金屬材料的兩種重要元素．請回答：
（1）基態Si原子的價層電子排布圖為；Si原子可形成多種氫化物，其中Si₂H₆中Si原子的價層電子對數目為4．
（2）ClO₃^- ClO₄^-中Cl都是以sp³軌道與O原子2p軌道成鍵，其微粒的立體結構分別為三角錐形、正四面體形．
（3）N和Si形成的原子晶體中，N原子的配位數為3．
（4）NaN₃常作為汽車安全氣囊的填充物，其焰色反應為黃色．大多數金屬元素有焰色反應的微觀原因為電子從較高能級的激發態躍遷到較低能級的激發態乃至基態時，以光的形式釋放能量；N₃^-中σ鍵和π鍵的數目之比為1：1．B、F與N三種元素同周期，三種基態原子的第一電離能由大到小的順序為F＞N＞B（用元素符號表示）
（5）SiO₂的晶胞與金剛石（如圖所示）相似，可以看作Si原子替代C原子后，在兩個成鍵的Si原子間插入1個O原子形成．則：
①晶胞中最小的環含有12個原子．
②若晶體密度為ρg•cm³，阿伏伽德羅常數為N_A，晶胞中兩個最近的Si原子核之間的距離為$\frac{\sqrt{3}}{4}×$$\root{3}{\frac{480ρ}{{N}_{A}}}$×10¹⁰pm（用代數式表示）．

Answer 1

分析 （1）硅是14號元素，價層有4個電子，分布在s軌道上p軌道上，Si₂H₆中每個Si原子與氫原子之間形成三對共用電子對，硅原子與硅原子之間也有一對共用電子對，據此判斷價層電子對數目；
（2）根據價層電子對互斥理論確定原子雜化方式，O原子最外層為2p軌道上有未成對的電子，ClO₃^-、ClO₄^-中Cl都是以sp³雜化軌道與O原子成鍵的，ClO₃^-中共價鍵數為3+$\frac{1}{2}$×（7+1-3×2）=4（含1對孤對電子），ClO₄^-中共價鍵數為4+$\frac{1}{2}$×（7+1-2×4）=4（不含孤對電子），根據價層電子對互斥理論判斷微粒空間構型；
（3）N和Si形成的原子晶體中，N原子最外層有5個電子，可以形成3個共價鍵；
（4）電子從較高能級的激發態躍遷到較低的激發態或基態時，以光的形式釋放能量；N₃^-與二氧化碳是等電子體，二者結構相同，每個二氧化碳分子中含有兩個σ鍵和兩個π鍵；同一周期元素，元素第一電離能隨著原子序數增大而呈增大趨勢，但第IIA族、第VA族元素第一電離能大于其相鄰元素；
（5）①晶胞中最小的環含有12個原子；
②金剛石晶胞中4個C原子在晶胞內部，6個C原子在面心上、8個C原子分別位于8個頂點上，所以該晶胞中C原子個數=4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，晶胞中兩個最近的Si原子核之間的距離為晶胞體對角線長度的$\frac{1}{4}$．

解答 解：（1）硅是14號元素，價層有4個電子，分布在s軌道上p軌道上，Si原子的價層電子排布圖為，Si₂H₆中每個Si原子與氫原子之間形成三對共用電子對，硅原子與硅原子之間也有一對共用電子對，所硅原子價層電子對數為4，
故答案為：；4；
（2）ClO₃^-、ClO₄^-中Cl的價層電子對數都是$\frac{7+1}{2}$=4，O原子最外層為2p軌道上有未成對的電子，所以都是以sp³雜化軌道與O原子的2p成鍵的，ClO₃^-中共價鍵數為3+$\frac{1}{2}$×（7+1-3×2）=4（含1對孤對電子），ClO₄^-中共價鍵數為4+$\frac{1}{2}$×（7+1-2×4）=4（不含孤對電子），根據價層電子對互斥理論判斷微粒的立體結構分別為三角錐形、正四面體形，
故答案為：sp³；2p； 三角錐形；   正四面體形；
（3）N原子最外層有5個電子，可以形成3個共價鍵，所以其配位數是3，故答案為：3；
（4）電子從較高能級的激發態躍遷到較低的激發態或基態時，以光的形式釋放能量，所以大多數金屬焰色反應時呈現一定顏色；N₃^-與二氧化碳是等電子體，二者結構相同，每個二氧化碳分子中含有兩個σ鍵和兩個π鍵，則N₃^-中σ鍵和π鍵的數之比為1：1；同一周期元素，元素第一電離能隨著原子序數增大而呈增大趨勢，但第IIA族、第VA族元素第一電離能大于其相鄰元素，所以這三種元素第一電離能大小順序是F＞N＞B，
故答案為：電子從較高能級的激發態躍遷到較低的激發態或基態時，以光的形式釋放能量；1：1；F＞N＞B；
（5）①根據圖知，每個最小環上含有6個Si原子、6個O原子，所以晶胞中最小的環含有12個原子，故答案為：12；
②金剛石晶胞中4個C原子在晶胞內部，6個C原子在面心上、8個C原子分別位于8個頂點上，所以該晶胞中C原子個數=4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，該晶胞體積=$\frac{\frac{60}{{N}_{A}}×8}{ρ}$cm³，晶胞中兩個最近的Si原子核之間的距離為晶胞體對角線長度的$\frac{1}{4}$=$\frac{1}{4}$×$\sqrt{3}$×$\root{3}{\frac{\frac{60}{{N}_{A}}×8}{ρ}}$cm=$\frac{1}{4}$×$\sqrt{3}$×$\root{3}{\frac{480ρ}{{N}_{A}}}$cm=$\frac{\sqrt{3}}{4}×$$\root{3}{\frac{480ρ}{{N}_{A}}}$cm=$\frac{\sqrt{3}}{4}×$$\root{3}{\frac{480ρ}{{N}_{A}}}$×10¹⁰pm，
故答案為：$\frac{\sqrt{3}}{4}×$$\root{3}{\frac{480ρ}{{N}_{A}}}$×10¹⁰．

點評 本題考查物質結構和性質，為高考常考查點，涉及晶胞計算、價層電子對互斥理論、等電子體等知識點，側重考查學生知識應用及計算能力、空間想象能力，難點是（5）晶胞計算，知道“兩個最近的Si原子核之間的距離與晶胞體長”關系是解該題關鍵，注意cm與pm單位之間的換算．