Question

【題目】自然界存在豐富的碳、氮、硅、磷、鐵、銅等元素，它們可形成單質(zhì)及許多化合物。回答下列問題：

（1）C、N、Si原子的第一電離能由大到小的順序是____________________。

（2）亞磷酸(H3PO3)與過量NaOH反應(yīng)生成亞磷酸氫二鈉(Na2HPO3)，則亞磷酸的結(jié)構(gòu)式為________________________。

（3）某FexNy的晶胞結(jié)構(gòu)如圖-1所示，Cu可以完全替代該晶體中a位置Fe或者b位置Fe，形成Cu替代型產(chǎn)物Fe(x-n)CunNy。FexNy轉(zhuǎn)化為兩種Cu替代型產(chǎn)物的能量變化如圖-2所示，其中更穩(wěn)定的Cu替代型產(chǎn)物的化學(xué)式為___________________。

（4）乙酰基二茂鐵是常用汽油抗震劑，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，該物質(zhì)中碳原子的雜化方式有___________，亞鐵離子具有強(qiáng)還原性，從電子排布的角度解釋其原因_______________。

（5）金剛石晶胞結(jié)構(gòu)如圖-4，立方BN結(jié)構(gòu)與金剛石相似、硬度與金剛石相當(dāng)。在立方BN晶體中，B原子與N原子之間共價(jià)鍵與配位鍵數(shù)目比為____________；每個(gè)N原子周圍最近且等距離的N原子數(shù)為_______________；如果阿伏加德羅常數(shù)近似取6×1023mol-1，立方BN的密度為ag·cm-3，摩爾質(zhì)量為bg·mol-1，計(jì)算晶體中最近的兩個(gè)N原子間距離是_________nm(用含a、b代數(shù)式表示)。

Answer 1

【答案】 N>C>Si Fe3CuN sp3、sp2 Fe2+的3d軌道有6個(gè)電子，失去1個(gè)電子后3d軌道電子排布處于半充滿穩(wěn)定狀態(tài) 3：1 12

【解析】（1）C、N是同一周期元素，但N原子2p軌道半充滿較C原子更穩(wěn)定，故N的第一電離能更大， C、Si是同一主族，從上到下失電子能力增強(qiáng)，故Si第一電離能小于C，故C、N、Si原子的第一電離能由大到小的順序是：

N>C>Si；

（2）亞磷酸(H3PO3)與過量NaOH反應(yīng)生成亞磷酸氫二鈉(Na2HPO3)，說明亞磷酸(H3PO3)是二元酸，其結(jié)構(gòu)中，應(yīng)有兩個(gè)羥基、一個(gè)非羥基氧，P與這個(gè)非羥基氧形成的是配位鍵，則亞磷酸的結(jié)構(gòu)式為；

（3）根據(jù)題意，Cu替代a位置Fe型具有的能量更高，更穩(wěn)定，FexNy晶體的化學(xué)式為：Fe4N，a位置鐵是晶胞的頂點(diǎn)位置，Cu替代a位置Fe后，晶胞中少一個(gè)Fe多一個(gè)Cu，故更穩(wěn)定的Cu替代型產(chǎn)物的化學(xué)式為Fe3CuN ；

（4）乙酰基結(jié)構(gòu)中，碳原子有三種，甲基中的C是sp3雜化，羰基中的C是sp2雜化，5元C環(huán)中的C是sp2雜化；故乙酰基二茂鐵中碳原子的雜化方式有sp3、sp2；亞鐵離子具有強(qiáng)還原性，及Fe2+亞鐵離子容易失電子，Fe2+的3d軌道有6個(gè)電子，失去1個(gè)電子后3d軌道電子排布處于半充滿穩(wěn)定狀態(tài)，故其具有強(qiáng)還原性；

（5）由金剛石的晶胞結(jié)構(gòu)可以知道,晶胞內(nèi)部有4個(gè)C原子,面心上有6個(gè)C原子,頂點(diǎn)有8個(gè)C原子,在BN晶體中,每個(gè)B原子和4個(gè)N原子形成共價(jià)鍵,B原子的配位數(shù)是4,B原子與N原子之間共價(jià)鍵的數(shù)目是12,所以B原子與N原子之間共價(jià)鍵的數(shù)目與配位鍵的數(shù)目比為,根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)圖,以晶胞頂點(diǎn)上的氮原子為例,與該氮原子距離最近的氮原子位于經(jīng)過該頂點(diǎn)的面的面心上,這樣的原子有12個(gè),根據(jù)均攤可以知道,一個(gè)晶胞中N原子數(shù)目為 4,B原子數(shù)目也是4,根據(jù)可以知道晶胞的體積,所以晶胞的邊長(zhǎng)為,最近的兩個(gè)N原子間距離是晶胞面對(duì)角線的,所以晶體中最近的兩個(gè)N原子間距離是。