Question

C、N 和Si 能形成多种高硬度材料，如Si₃N₄，C₃N₄、SiC。

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

（2） C和N能合成三聚氰胺(如图所示)，其中N原子的杂化方式为________________。

（3） C 和N 还能形成一种五元环状有机物咪唑(im)，其结构为。化合物[Co(im)₆]SiF₆的结构示意图如图所示:

①基态Co 原子的次外层电子排布式为___________。N 与Co²⁺之间的化学键类型是_________________，判断的理由是__________________。

②阴离子[SiF₆]^2-中心原子Si 的价层电子对数为___________________。阳离子[Co(im)₆]²⁺和[SiF₆]^2-之间除了阴阳离子间的静电作用力，还存在氢键作用，画出该氢键的表示式_______。(例如，水中氢键的表示式为: )。

（4）β-SiC 为立方晶系晶体，晶胞参数为a，已知Si 原子半径为r_Si，C原子半径为r_C，该晶胞中原子的分数坐标为:

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)。

则β-SiC 立方晶胞中含有____个Si 原子、___个C 原子；该晶跑中原子的体积占晶胞体积的百分率为______________(列出计算式即可)。

Answer

C3N4 两者同为原子晶体，C的原子半径小于Si，与Si-N相比，C-N的键长短，键能大 sp2 sp3 3s23p63d7 配位键 N 原子有孤电子对，Co2+有空轨道 6 4 4 [16π(r3c+r3si)/(3a3)]×100%

【解析】(1) Si3N4和C3N4均为原子晶体，其中C原子半径小于Si原子，Si3N4中的共价键的键长大于C3N4的键长，硬度较高的是C3N4，故答案为：C3N4；两者同为原子晶体，C的原子半径小于Si，与Si-N相比，C-N的键长短，键能大；

(2)根据三聚氰胺的结构可知，分子中N原子有2种，其中一种连接3个原子，含有一个孤电子对，采用sp3杂化，另一种连接2个原子，含有一个孤电子对，采用sp2杂化，故答案为：sp2、sp3；

(3)①Co为27号元素，基态Co 原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2，次外层电子排布式为3s23p63d7；N 原子有孤电子对，Co2+有空轨道N 与Co2+之间的化学键为配位键，故答案为：3s23p63d7；配位键；N 原子有孤电子对，Co2+有空轨道；

②阴离子[SiF6]2-中心原子Si 的价层电子对数为6。阳离子[Co(im)6]2+和[SiF6]2-之间除了阴阳离子间的静电作用力，F的非金属性很强，能够与中N原子上的氢原子形成氢键，可以表示为，故答案为：6；；

(4)根据晶胞中原子的分数坐标可知，C原子位于立方体的顶点和面心，Si原子位于立方体内，且与周围的碳原子构成正四面体结构，β-SiC 立方晶胞中含有的Si 原子为4个，含有的C 原子数=8×+6×=4；晶胞的体积V1=a3；晶胞中碳原子和硅原子的总体积V2=π(r3c+r3si)×4=π(r3c+r3si)，晶跑中原子的体积占晶胞体积的百分率=×100%=×100%=×100%，故答案为：4；4；×100%。