Question

【題目】C、N和Si能形成多種高硬度材料，如SiN4、C3N4、SiC

(1)Si3N4和C3N4中硬度較高的是________，理由是_____________。

(2)C和N能形成一種類石墨結(jié)構(gòu)材料，其合成過程如下圖所示。該類石墨結(jié)構(gòu)材料化合物的化學(xué)式為_______，其合成過程中有三聚氰胺形成，三聚氰胺中N原子的雜化方式有________。

(3)C和N能形成一種五元環(huán)狀有機物咪唑(簡寫為im)，其結(jié)構(gòu)為。化合物[Co(im)6]SiF6的結(jié)構(gòu)示意圖如下：

①陽離子[Co(im)6]2+和SiF62—之間除了陰陽離子間的靜電作用力，還存在氫鍵作用寫出該氫鍵的表示式：_______。(例如水中氫鍵的表示式為)

②多原子分子中各原子若在同一平面，且有相互平行的p軌道，則p電子可在多個原子間運動，形成“離域π鍵”，如SO2分子中存在“離域π鍵” π34，則im分子中存在的“離域π鍵”是______。

(4)－SiC為立方晶系晶體，該晶胞中原子的坐標(biāo)參數(shù)為

C：（0,0，0）；；；；……

Si：；；；

則－SiC立方晶胞中含有_____個Si原子、________個C原子。

Answer 1

【答案】C3N4 兩者同屬原子晶體(答兩者結(jié)構(gòu)相似)，C的原子半徑小于Si,與Si-N相比，C-N的鍵長短、鍵能大 C3N4 sp2、sp3 π56 4 4

【解析】

(1)原子晶體中，成鍵的原子半徑越小，則鍵長越小、鍵能越大，其硬度就越大。所以Si3N4和C3N4中硬度較高的是C3N4原因是兩者同屬原子晶體，C的原子半徑小于Si,與Si-N相比，C-N的鍵長短、鍵能大，故答案為：C3N4；兩者同屬原子晶體(答兩者結(jié)構(gòu)相似)，C的原子半徑小于Si,與Si-N相比，C-N的鍵長短、鍵能大；

(2)由結(jié)構(gòu)可知，每個碳原子與3個氮原子形成2個單鍵和1個雙鍵，由于氮元素的非金屬性強于碳元素，故碳元素顯+4價、氮元素顯-3價，由此可判斷出該化合物的化學(xué)式為C3N4。三聚氰胺的環(huán)中N原子形成2個σ鍵,含有1對孤電子對,雜化軌道數(shù)目為3,采取sp2雜化，氨基中N原子形成3個σ鍵，含有1對孤電子對，雜化軌道數(shù)目為4，采取sp3雜化，故答案為：C3N4；sp2、sp3；

（3）①氫鍵發(fā)生在非金屬強的原子和氫原子之間，在該物質(zhì)中氫鍵可表示為，故答案為：；

②分子中三個C原子采取sp2雜化，每個C原子都有1個p電子，形成3個σ鍵的N原子采取sp3雜化，含有1對p電子，形成2個σ鍵的N原子采取sp2雜化，含有1個p電子，五個原子上的6個p電子參與形成離域π鍵，可表示為π56，故答案為：π56；

（4）從該晶胞中原子的坐標(biāo)參數(shù)可知，碳原子位于晶胞的8個頂點和6個面心。每個頂點參與形成8個晶胞，每個面心參與形成2個晶胞，根據(jù)均攤法可以計算出一個晶胞中有4個碳原子，而4個硅原子位于晶胞內(nèi)部，所以SiC立方晶胞中含有4個Si原子、4個C原子，故答案為：4；4。