Question

Ⅰ.下列说法中正确的是        。

A．SO₂和O₃、PO₄^3-和ClO₄^-互为等电子体

B．甲烷分子失去一个H^＋，形成CH₃^-，其碳原子的杂化类型发生了改变

C．Ti原子的核外电子排布式为[Ar]3d³4s²

D．CS₂、H₂O、C₂H₂都是直线形分子

E．CH₄、BCl₃、CO₂都是含有极性键的非极性分子

Ⅱ.立方氮化硼是一种自然界不存在的人工合成超硬材料，硬度仅次于金刚石，是超硬材料领域的最重要成就之一。请回答下列问题：

(1)在第二周期，原子的第一电离能一般随核电荷数的增大而逐渐        ，比较下列原子的第一电离能：Be        B，N        O(填“＞”“<”)，其原因是                。

(2)如图为立方氮化硼的晶胞，则氮化硼的化学式为        ，该晶体中B原子填充N原子的        空隙。若该晶胞的边长为a cm，那么该晶体的密度为        g/cm³(只要求列出算式)。

(3)立方氮化硼的晶体结构与金刚石的结构相似，但其熔点比金刚石的低，试分析其原因：                                                。

(4)立方氮化硼由六方氮化硼在高温高压下制备，六方氮化硼又称“白石墨”，结构和许多性质与石墨相似，六方氮化硼中N原子的杂化轨道类型为        ，请画出六方氮化硼的平面结构示意图(用“○”代表N原子，用“●”代表B原子，每种原子不少于7个)。

Answer

(Ⅰ)AE

(Ⅱ)(1)增大 ＞ ＞ Be原子中2s轨道处于全充满状态，N原子中2p轨道处于半充满状态，是比较稳定的状态，故它们的第一电离能高于两边相邻的原子

(2)BN 四面体

(3)立方氮化硼晶体中氮硼键的键长比金刚石晶体中碳碳键的键长要长，故熔点比金刚石的低

(4)sp2

【解析】(Ⅰ)甲烷失去氢离子，其杂化类型没有发生变化，Ti的基态原子核外电子排布为[Ar]3d24s2，水是Ⅴ形分子。同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大而逐渐增大，但也有特殊情况，如第二周期：Be＞B＞N＞O，这与Be全充满、N半充满的结构稳定有关。

(Ⅱ)根据立方氮化硼的晶胞结构图可知，该晶胞中含有4个B原子、4个N原子，故氮化硼的分子式为BN。B原子填在氮原子的正四面体结构中，每一个晶胞的体积为a3 cm3，阿伏加德罗常数个晶胞的体积为NA a3 cm3，BN的质量为24.8 g/mol×4mol＝99.2 g，BN的密度为g/cm3。BN熔点比金刚石低的原因与化学键的强度有关，B—N键的键长大于C—C键的键长。立方氮化硼结构和性质与石墨相似，因此B、N原子均采用sp2杂化，在平面结构示意图中两原子交替出现。