Question

【題目】C、N和Si能形成多種高硬度材料，如Si3N4，C3N4、SiC。

（1） Si3N4和C3N4中硬度較高的是_________，理由是____________________。

（2）C和N能合成三聚氰胺(如圖所示)，其中N原子的雜化方式為________________。

（3）C和N還能形成一種五元環狀有機物咪唑(im)，其結構為。化合物[Co(im)6]SiF6的結構示意圖如圖所示:

①基態Co原子的次外層電子排布式為___________。N與Co2+之間的化學鍵類型是_________________，判斷的理由是__________________。

②陰離子[SiF6]2-中心原子Si的價層電子對數為___________________。陽離子[Co(im)6]2+和[SiF6]2-之間除了陰陽離子間的靜電作用力，還存在氫鍵作用，畫出該氫鍵的表示式_______。(例如，水中氫鍵的表示式為:)。

（4）β-SiC為立方晶系晶體，晶胞參數為a，已知Si原子半徑為rSi，C原子半徑為rC，該晶胞中原子的分數坐標為:

C:(0，0，0)；(1/2，1/2，0)；(1/2，0，1/2)；(0，1/2，1/2)；……

Si:(1/4，1/4，1/4)；(1/4，3/4，3/4)；(3/4，1/4，3/4)；(3/4，3/4，1/4)。

則β-SiC立方晶胞中含有____個Si原子、___個C原子；該晶跑中原子的體積占晶胞體積的百分率為______________(列出計算式即可)。

Answer 1

【答案】 C3N4 兩者同為原子晶體，C的原子半徑小于Si，與Si-N相比，C-N的鍵長短，鍵能大 sp2 sp3 3s23p63d7 配位鍵 N原子有孤電子對，Co2+有空軌道 6 4 4 [16π(r3c+r3si)/(3a3)]×100%

【解析】(1) Si3N4和C3N4均為原子晶體，其中C原子半徑小于Si原子，Si3N4中的共價鍵的鍵長大于C3N4的鍵長，硬度較高的是C3N4，故答案為：C3N4；兩者同為原子晶體，C的原子半徑小于Si，與Si-N相比，C-N的鍵長短，鍵能大；

(2)根據三聚氰胺的結構可知，分子中N原子有2種，其中一種連接3個原子，含有一個孤電子對，采用sp3雜化，另一種連接2個原子，含有一個孤電子對，采用sp2雜化，故答案為：sp2、sp3；

(3)①Co為27號元素，基態Co原子電子排布式為1s22s22p63s23p63d74s2，次外層電子排布式為3s23p63d7；N原子有孤電子對，Co2+有空軌道N與Co2+之間的化學鍵為配位鍵，故答案為：3s23p63d7；配位鍵；N原子有孤電子對，Co2+有空軌道；

②陰離子[SiF6]2-中心原子Si的價層電子對數為6。陽離子[Co(im)6]2+和[SiF6]2-之間除了陰陽離子間的靜電作用力，F的非金屬性很強，能夠與中N原子上的氫原子形成氫鍵，可以表示為，故答案為：6；；

(4)根據晶胞中原子的分數坐標可知，C原子位于立方體的頂點和面心，Si原子位于立方體內，且與周圍的碳原子構成正四面體結構，β-SiC立方晶胞中含有的Si原子為4個，含有的C原子數=8×+6×=4；晶胞的體積V1=a3；晶胞中碳原子和硅原子的總體積V2=π(r3c+r3si)×4=π(r3c+r3si)，晶跑中原子的體積占晶胞體積的百分率=×100%=×100%=×100%，故答案為：4；4；×100%。