Question

9．某氮鋁化合物X具有耐高溫、抗沖擊、導熱性好等優良性質，被廣泛應用于陶瓷工業等領域
（1）基態氮原子的核外電子排布式為1s²2s²2p³
（2）工業上用氧化鋁與氮氣和碳在一定條件下反應生成X和CO，X的晶體結構如圖所示，其化學式為AlN工業制備X的化學方程式為Al₂O₃+N₂+3C=2AlN+3CO
（3）X晶體中包含的化學鍵類型為BC（填字母標號）
A．離子鍵  B．共價鍵 C．配位鍵D．金屬鍵 E．氫鍵
（4）已知氮化硼與X晶體類型相同，且氮化硼的熔點比X高，可能的原因是氮化硼與氮化鋁均為原子晶體，且硼原子半徑小于鋁原子半徑，B-N鍵鍵能大于Al-N鍵鍵能
（5）若X的密度為dg/cm³，則晶體中最近的兩個N原子的距離為$\frac{\sqrt{2}}{2}$•$\root{3}{\frac{164}{ρ•N{\;}_{A}}}$cm（阿伏加德羅常數的值用N_A表示）

Answer 1

分析 （1）氮是7號元素，核外電子數是5，依據構造原理書寫電子排布式；
（2）根據X的晶體結構圖可知，晶胞中含有氮原子為4，含有鋁原子$\frac{1}{8}$×8+$\frac{1}{2}$×6=4，所以X的化學式為AlN，根據元素守恒可以寫出化學方程式；
（3）根據X的結構可知，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，所以在AlN中有配位鍵，根據AlN的性質可知它為原子晶體，所以晶體中含有共價鍵，據此答題；
（4）氮化硼與AlN相比，硼原子半徑比鋁原子半徑小，所以鍵能就大，它們都是原子晶體，所以氮化硼的熔點比AlN高；
（5）晶體N原子位于晶胞體對角線的$\frac{1}{2}$處，將體心與下底面相對的兩頂點相連可構成等腰三角形，距離最近的兩個N原子相連的連線為該三角形的中位線，所以晶體中最近的兩個N原子的距離為底面對角線的$\frac{1}{2}$，根據晶胞的密度可以求得晶胞邊長，進而求得底面對角線的長度，據此可解題．

解答 解：：（1）氮是7號元素，核外電子數是5，核外電子排布式為1s²2s²2p³，
故答案為：1s²2s²2p³；
（2）根據X的晶體結構圖可知，晶胞中含有氮原子為4，含有鋁原子$\frac{1}{8}$×8+$\frac{1}{2}$×6=4，所以X的化學式為AlN，氧化鋁與氮氣和碳在一定條件下反應的化學方程式為Al₂O₃+N₂+3C=2AlN+3CO，
故答案為：AlN；Al₂O₃+N₂+3C=2AlN+3CO；
（3）根據X的結構可知，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，所以在AlN中有配位鍵，根據AlN的性質可知它為原子晶體，所以晶體中含有共價鍵，
故答案為：BC；
（4）氮化硼與AlN相比，硼原子半徑比鋁原子半徑小，所以鍵能就大，它們都是原子晶體，所以氮化硼的熔點比AlN高，
故答案為：氮化硼與氮化鋁均為原子晶體，且硼原子半徑小于鋁原子半徑，B-N鍵鍵能大于Al-N鍵鍵能；
（5）晶體N原子位于晶胞體對角線的$\frac{1}{2}$處，將體心與下底面相對的兩頂點相連可構成等腰三角形，距離最近的兩個N原子相連的連線為該三角形的中位線，所以晶體中最近的兩個N原子的距離為底面對角線的$\frac{1}{2}$，根據晶胞的密度ρ=$\frac{\frac{4×27+4×14}{{N}_{A}}}{晶體邊{長}^{3}}$，可以求得晶胞邊長為$\root{3}{\frac{164}{ρ•N{\;}_{A}}}$cm，
進而求得底面對角線的長度為$\sqrt{2}$•$\root{3}{\frac{164}{ρ•N{\;}_{A}}}$cm，所以晶體中最近的兩個N原子的距離為$\frac{\sqrt{2}}{2}$•$\root{3}{\frac{164}{ρ•N{\;}_{A}}}$cm，
故答案為：$\frac{\sqrt{2}}{2}$•$\root{3}{\frac{164}{ρ•N{\;}_{A}}}$．

點評 本題考查了原子核外電子排布圖、均攤法晶胞的計算、鍵能與性質的關系、以及晶胞結構的計算等知識，為高考選作真題，難度較大，其中晶胞的計算是該題的難點．