Ⅰ.下列说法中正确的是 。
A.SO2和O3、PO43-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)。
(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
(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。