Question

【題目】[化學(xué)——選修3：物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)]周期表前三周期元素A、B、C、D，原子序數(shù)依次增大，A的基態(tài)原子的L層電子是K層電子的兩倍；B的價電子層中的未成對電子有3個；C與B同族；D的最高價含氧酸為酸性最強(qiáng)的無機(jī)含氧酸。請回答下列問題：

（1）C的基態(tài)原子的電子排布式為____________________；D的最高價含氧酸酸性比其低兩價的含氧酸酸性強(qiáng)的原因是____________________。

（2）雜化軌道分為等性和不等性雜化，不等性雜化時在雜化軌道中有不參加成鍵的孤電子對的存在。A、B、C都能與D形成中心原子雜化方式為____________的兩元共價化合物。其中，屬于不等性雜化的是______________（寫化學(xué)式）。以上不等性雜化的化合物價層電子對立體構(gòu)型為___________，分子立體構(gòu)型為__________________。

（3）以上不等性雜化化合物成鍵軌道的夾角___________（填“大于”、“等于”或“小于”）等性雜化的化合物成鍵軌道間的夾角。由于C核外比 B多一層電子，C還可以和D形成另一種兩元共價化合物。此時C的雜化軌道中沒有孤對電子，比起之前C和D的化合物，它的雜化軌道多了一條。其雜化方式為_______________。

(4)A和B能形成多種結(jié)構(gòu)的晶體。其中一種類似金剛石的結(jié)構(gòu)，硬度比金剛石還大，是一種新型的超硬材料。其結(jié)構(gòu)如下圖所示（圖1為晶體結(jié)構(gòu)，圖2為切片層狀結(jié)構(gòu)），其化學(xué)式為____________。實(shí)驗(yàn)測得此晶體結(jié)構(gòu)屬于六方晶系，晶胞結(jié)構(gòu)見圖3。已知圖示原子都包含在晶胞內(nèi)，晶胞參數(shù)a=0.64 nm，c=0.24 nm。其晶體密度為_____________（已知：a=0.64 nm，c=0.24 nm， 結(jié)果精確到小數(shù)點(diǎn)后第2位

圖1 A和B形成的一種晶體結(jié)構(gòu)圖 圖2 切片層狀結(jié)構(gòu) 圖3 晶胞結(jié)構(gòu)

（圖2和圖3中：○為N原子、●為C原子）

Answer 1

【答案】（1）1s22s22p63s23p3（1分）；高氯酸中非羥基氧原子為3個，氯酸中為2個或高氯酸中Cl元素為+7價，吸引羥基氧原子的能力很強(qiáng)，而氯酸中Cl元素為+5價對羥基氧原子吸引能力較弱。（2分）

（2）sp3雜化（1分）；NCl3、PCl3（2分）；四面體形（1分）；三角錐形（1分）；

（3）小于（1分）；sp3d雜化（2分）；（4）C3N4（2分）；3.59g/cm3（2分）

【解析】

試題分析：周期表前三周期元素A、B、C、D，原子序數(shù)依次增大，A的基態(tài)原子的L層電子是K層電子的兩倍，則A為C元素；B的價電子層中的未成對電子有3個，則B為N元素；C與B同族，則C為P元素；D的最高價含氧酸為酸性最強(qiáng)的無機(jī)含氧酸，則D為Cl元素。

（1）根據(jù)上述分析，C為P元素，P原子核外有15個電子，根據(jù)電子排布規(guī)律，P原子的基態(tài)原子的電子排布式為1s22s22p63s23p3；D為Cl元素，Cl的最高價含氧酸為HClO4，比其低兩價的含氧酸是HClO3，高氯酸中非羥基氧原子為3個，氯酸中為2個或高氯酸中Cl元素為+7價，吸引羥基氧原子的能力很強(qiáng)，而氯酸中Cl元素為+5價對羥基氧原子吸引能力較弱，所以高氯酸的酸性比氯酸強(qiáng)。

（2）根據(jù)上述分析，A、B、C、D分別是C、N、P、Cl，C、N、P與Cl形成的兩元共價化合物為CCl4、NCl3、PCl3，形成中心原子雜化方式為都是sp3雜化。雜化后得到的雜化軌道完全相同就是等性雜化。比如甲烷中碳的sp3雜化，得到四個完全相同的sp3雜化軌道，雜化后的雜化軌道至少存在兩個不同的，說明是非等性雜化，如氨氣分子中，N原子雖是sp3雜化，但雜化后的四個軌道不完全相同，所以屬于不等性雜化的是NCl3、PCl3，以上不等性雜化的化合物價層電子對立體構(gòu)型為四面體形，分子立體構(gòu)型為三角錐形。

（3）因?yàn)楣聦﹄娮訉�對成鍵電子對的排斥力較大，所以不等性雜化化合物成鍵軌道的夾角小于等性雜化的化合物成鍵軌道間的夾角；由于P核外比C多一層電子，P還可以和Cl形成另一種兩元共價化合物為PCl5。此時P的雜化軌道中沒有孤對電子，比起之前PCl3的化合物，它的雜化軌道多了一條。其雜化方式為sp3d雜化。

（4）根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)，每個C原子與4個N原子以共價鍵相連，每個N原子與3個C原子以共價鍵相連，所以氮化碳的化學(xué)式為C3N4；從圖3可以看出，一個C3N4晶胞包括6個C原子和8個N原子，則其晶體密度為p=(12×6+14×8)÷{6.02×1023×[(0.64×10-7)2×sin60×0.24×10-7]=3.59g/cm3。