Question

12．由N、B、Ni等元素組成的新型材料有著廣泛用途．
（1）基態(tài)Ni原子的最外層電子排布式為4s²．
（2）化合物A（H₃BNH₃）是一種潛在的儲(chǔ)氫材料，它可由六元環(huán)狀化合物（HB=NH）₃通過(guò)3CH₄+2（HB=NH）₃+6H₂O═3CO₂+6H₃BNH₃制得．
①與上述化學(xué)方程式有關(guān)的敘述不正確的是A．（填標(biāo)號(hào)）
A．反應(yīng)前后碳原子的軌道雜化類型不變
B．CH₄、H₂O、CO₂分子空間構(gòu)型分別是：正四面體形、V形、直線形
C．第一電離能：N＞O＞C＞B
D．化合物A中存在配位鍵
②1個(gè)（HB=NH）₃分子中有12個(gè)σ鍵．
（3）立方氮化硼結(jié)構(gòu)和硬度都與金剛石相似，但熔點(diǎn)比金剛石低，原因是B-N鍵鍵長(zhǎng)大于C-C鍵，鍵能小于C-C鍵，導(dǎo)致立方氮化硼熔點(diǎn)比金剛石低．如圖1是立方氮化硼晶胞沿z軸的投影圖，請(qǐng)?jiān)趫D中圓球上涂“●”和畫(huà)“×”分別標(biāo)明B與N的相對(duì)位置．

（4）在硼酸鹽中，陰離子有鏈狀、環(huán)狀等多種結(jié)構(gòu)形式．圖2是一種鏈狀結(jié)構(gòu)的多硼酸根，則多硼酸根離子符號(hào)為[BO₂]_n^n-（或BO₂^-），圖3是硼砂晶體中陰離子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其中硼原子采取的雜化類型為sp²、sp³．
（5）在一定溫度下，NiO晶體可以自發(fā)地分散并形成“單分子層”（如圖4），可以認(rèn)為氧離子作密置單層排列，鎳離子填充其中，氧離子的半徑為a pm，則每平方米面積上分散的該晶體的質(zhì)量為$\frac{2.49\sqrt{3}×1{0}^{25}}{2{a}^{2}{N}_{A}}$g（用a、N_A表示）

Answer 1

分析 （1）Ni原子核外電子數(shù)為28，根據(jù)能量最低原理書(shū)寫(xiě)最外層電子排布式；
（2）①A．甲烷中C原子形成4個(gè)σ鍵，反應(yīng)后二氧化碳分子中C原子形成2個(gè)σ鍵，均沒(méi)有孤對(duì)電子；
B．CH₄、H₂O、CO₂分子空間構(gòu)型分別是：正四面體形、V形、直線形；
C．同周期隨原子序數(shù)增大，元素第一電離能呈增大趨勢(shì)，氮元素2p能級(jí)為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，第一電離能高于氧元素的；
D．B原子一般是形成3個(gè)鍵，（H₃BNH₃）由六元環(huán)狀化合物（HB=NH）₃通過(guò)3CH₄+2（HB=NH）₃+6H₂O→3CO₂+6H₃BNH₃制得，其中1個(gè)鍵是配位鍵；
②化合物（HB=NH）₃的結(jié)構(gòu)與苯的類似；
（3）立方氮化硼結(jié)構(gòu)和硬度都與金剛石相似，均為原子晶體，鍵長(zhǎng)越短，鍵能越大，熔點(diǎn)越高；晶體中B、N原子配位數(shù)均為4；
（4）1個(gè)B原子連接3個(gè)O原子，其中2個(gè)氧原子分別為2個(gè)B原子共有，利用均攤法計(jì)算每個(gè)B原子連接O原子數(shù)目，進(jìn)而確定多硼酸根離子符號(hào)；
硼砂晶體中存在形成2個(gè)σ鍵、3個(gè)σ鍵的B原子，B原子最外層電子數(shù)全部處于成鍵；
（5）根據(jù)圖片知，每個(gè)氧化鎳所占的面積=（2×a×10^-10m）×（2×a×10^-10m×sin60°），每個(gè)氧化鎳的質(zhì)量=$\frac{74.7}{{N}_{A}}$g，每個(gè)氧化鎳的質(zhì)量乘以每平方米含有的氧化鎳個(gè)數(shù)就是每平方米含有的氧化鎳質(zhì)量．

解答 解：（1）Ni原子核外電子數(shù)為28，根據(jù)核外電子排布規(guī)律可知電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸4s²或[Ar]3d⁸4s²，所以最外層電子排布式4s²，
故答案為：4s²；
（2）①A．由方程式可知：碳元素由CH₄變?yōu)镃O₂，碳原子雜化類型由sp³轉(zhuǎn)化為sp，故A錯(cuò)誤；
B．CH₄分子中價(jià)層電子對(duì)=σ 鍵電子對(duì)+中心原子上的孤電子對(duì)=4+$\frac{1}{2}$×（4-4×1）=4，且不含孤電子對(duì)，所以其空間構(gòu)型是正四面體，H₂O中價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)=2+$\frac{1}{2}$×（6-2×1）=4，且含有2個(gè)孤電子對(duì)，所以H₂O的VSEPR模型為四面體，分子空間構(gòu)型為V型，、CO₂分子中價(jià)層電子對(duì)=σ 鍵電子對(duì)+中心原子上的孤電子對(duì)=2+$\frac{1}{2}$×（4-2×2）=2，所以二氧化碳是直線型結(jié)構(gòu)，故B正確；
C．同周期隨原子序數(shù)增大，第一電離能呈增大趨勢(shì)，ⅡA族、ⅤA族元素第一電離能共有同周期相鄰元素，故所以它們的第一電離能大小順序是I₁（N）＞I₁（O）＞I₁（C）＞I₁（B），故C正確；
D．B原子一般是形成3個(gè)鍵，（H₃BNH₃）由六元環(huán)狀化合物（HB=NH）₃通過(guò)3CH₄+2（HB=NH）₃+6H₂O→3CO₂+6H₃BNH₃制得，其中1個(gè)鍵是配位鍵，故D正確．
故選：A；
②1個(gè)（HB=NH）₃分子中硼原子與氮原子間以σ鍵結(jié)合，而剩余的p軌道形成一個(gè)共軛大π鍵，B-H鍵有3個(gè)，N-H鍵有3個(gè)，B-N有σ鍵有6個(gè)，故一共12個(gè)，
故答案為：12；
（3）立方氮化硼結(jié)構(gòu)和硬度都與金剛石相似，均為原子晶體，B-N鍵鍵長(zhǎng)大于C-C鍵，鍵能小于C-C鍵，導(dǎo)致立方氮化硼熔點(diǎn)比金剛石低；晶體中B、N原子配位數(shù)均為4，涂“●”和畫(huà)“×”分別標(biāo)明B與N的相對(duì)位置為：，
故答案為：B-N鍵鍵長(zhǎng)大于C-C鍵，鍵能小于C-C鍵，導(dǎo)致立方氮化硼熔點(diǎn)比金剛石低；；
（4）1個(gè)B原子連接3個(gè)O原子，其中2個(gè)氧原子分別為2個(gè)B原子共有，則每個(gè)B原子實(shí)際結(jié)合O原子數(shù)目為1+2×$\frac{1}{2}$=2，代一個(gè)單位負(fù)電荷，故多硼酸根化學(xué)式為：[BO₂]_n^n-（或BO₂^-），
硼砂晶體中存在形成2個(gè)σ鍵、3個(gè)σ鍵的B原子，B原子最外層電子數(shù)全部處于成鍵，故B原子采取sp²、sp³雜化，
故答案為：[BO₂]_n^n-（或BO₂^-）；sp²、sp³；
（5）根據(jù)圖片知，每個(gè)氧化鎳所占的面積=（2×a×10^-12m）×（2×a×10^-12m×sin60°）=2$\sqrt{3}$a²×10^-24m²，則每平方米含有的氧化鎳個(gè)數(shù)=$\frac{1}{2\sqrt{3}{a}^{2}×1{0}^{-24}}$，每個(gè)氧化鎳的質(zhì)量=$\frac{74.7}{{N}_{A}}$g，所以每平方米含有的氧化鎳質(zhì)量=$\frac{74.7}{{N}_{A}}$×$\frac{1}{2\sqrt{3}{a}^{2}×1{0}^{-24}}$g=$\frac{2.49\sqrt{3}×1{0}^{25}}{2{a}^{2}{N}_{A}}$g，
故答案為：$\frac{2.49\sqrt{3}×1{0}^{25}}{2{a}^{2}{N}_{A}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及核外電子排布、電離能、空間結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵、雜化軌道、晶體結(jié)構(gòu)與計(jì)算等，（5）中注意計(jì)算“1NiO”的體積應(yīng)包含孔隙體積，題目難度較大．