Question

在普通铝中加入少量Cu和Mg后，形成一种称为拉维斯相的MgCu₂微小晶粒，其分散在Al中可使得铝材的硬度增加、延展性减小，形成所谓“坚铝”，是制造飞机的主要村料。回答下列问题：

(1)下列状态的镁中，电离最外层一个电子所需能量最大的是______________。

A．    B．        C．        D．

(2)乙二胺(H₂NCH₂CH₂NH₂)是一种有机化合物，分子中氮、碳的杂化类型分别是_________、_________。乙二胺能与Mg²⁺、Cu²⁺等金属离子形成稳定环状离子，其中与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是____________(填“Mg²⁺”或“Cu²⁺”)。

(3)一些氧化物的熔点如表所示：

氧化物	Li2O	MgO	P4O6	SO2
熔点/°C	1570	2800	23.8	−75.5

解释MgO熔点比P₄O₆熔点高得多的原因______________

(4)金刚石的晶胞如图，若以硅原子代替金刚石晶体中的碳原子，便得到晶体硅；若将金刚石晶体中一半的碳原子换成硅原子，且碳、硅原子交替，即得到碳化硅晶体(金刚砂)

①碳化硅晶体(金刚砂)的化学式______________

②金刚石、晶体硅、碳化硅的熔点由高到低的顺序为__________________

③立方氮化硼晶体的结构与金刚石相似，硬度与金刚石相当，晶胞边长为361.5 pm。立方氮化硼的密度是_____________g/cm³(列出式子并化简，阿伏加德罗常数为N_A)

Answer

A sp3 sp3 Cu2+ MgO为离子晶体，P4O6分子晶体。 SiC C(金刚石)>SiC>Si

【解析】

(1)能量越高越不稳定，越易失电子，所以激发态的微粒易失电子，原子轨道中处于半满状态时较稳定；

(2)每个N原子形成的共价键有2个N-H键、1个N-C键，且还含有1个孤电子对；每个C原子形成的共价键有2个C-H键、2个C-N键，所以N、C原子价层电子对个数都是4，根据价层电子对互斥理论判断N、C原子杂化类型；含有孤电子对的原子和含有空轨道的原子之间易形成配位键；碱土金属与乙二胺形成的化合物稳定性较弱；

(3)根据晶体类型及构成微粒的作用力大小分析比较；

(4)①根据C、Si原子形成共价键数目及空间构型分析化学式；

②根据键长越长，键能越小，物质的熔沸点就越低比较；

③根据金刚石结构分析一个晶胞中含有的C原子数目，根据二者结构相似，结合氮化硼化学式特点可确定晶胞中含有的B、N原子数目，计算晶胞质量、体积，然后根据晶胞密度ρ=计算。

(1)A、D微粒都是Mg原子失去一个电子后得到的，但是D微粒能量高于A，稳定性A>D，所以失电子能力A>D；B、C都是原子，但是B是基态、C是激发态，能量：C>B，稳定性B>C，所以失去一个电子能力：B>C；A为Mg+、B为Mg原子，A再失去电子所需能量就是Mg原子失去2个电子的能量，为Mg原子的第二电离能，B失去一个电子的能量是Mg原子的第一电离能，其第二电离能大于第一电离能，所以电离最外层一个电子所需能量A>B，通过以上分析知，电离最外层一个电子所需能量最大的是A，故合理选项是A；

(2)在乙二胺(H2NCH2CH2NH2)中，每个N原子形成的共价键有2个N-H键、1个N-C键，且还含有1个孤电子对；每个C原子形成的共价键有2个C-H键、2个C-N键，所以N、C原子价层电子对个数都是4，根据价层电子对互斥理论判断N、C原子杂化类型分别为sp3杂化、sp3杂化；含有孤电子对的原子和含有空轨道的原子之间易形成配位键，乙二胺的两个N提供孤对电子给金属离子形成配位键，所以乙二胺能与Mg2+、Cu2+等金属离子形成稳定环状离子；碱土金属与乙二胺形成的化合物稳定性较弱，所以与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是Cu2+；

(3) Li2O属于离子晶体，离子之间以离子键结合，离子键是一种强烈的相互作用，断裂消耗较高的能量，因此物质的熔点较高；而P4O6属于分子晶体，分子之间以微弱的分子间作用力结合，断裂消耗较低能量，因此P4O6晶体熔沸点比较低；

(4)①在金刚砂中，每个C原子与相邻的4个Si形成共价键，每个Si原子与相邻的4个C原子形成共价键，这种结构向空间扩展，就形成了立体网状结构，因此金刚砂很硬，二者原子个数比是1：1，所以其化学式是SiC；

②由于金刚石、晶体硅、碳化硅都是原子晶体，原子之间以共价键结合，由于原子半径C碳化硅>晶体硅；

③在金刚石晶胞中C原子处在立方体的8个顶点，6个面心，体内有4个，金刚石晶胞中碳原子数目为：4+8×+6×=8，立方氮化硼结构与金刚石相似，其晶胞与金刚石晶胞含有相同原子总数，由氮化硼化学式BN可推知，一个晶胞中各含有4个B原子、4个N原子，晶胞质量m=4×g，晶胞的体积V=(361.5×10-10)3cm3，故立方氮化硼的密度ρ=g/cm3= g/cm3。