Question

非金属元素虽然种类不多，但是在自然界中的丰度却很大，请回答下列问题：

(1)BN(氮化硼，晶胞结构如图)和CO₂中的化学键均为共价键，BN的熔点高且硬度大，CO₂的晶体干冰却松软且极易升华。由此可以判断：BN可能是______晶体，CO₂可能是______晶体，BN 晶体中B原子的杂化轨道类型为______，干冰中C原子的杂化轨道类型为______

(2)分子极性：OF₂______H₂O，键角：OF₂______H₂O(填“＞””或者“＜”)

(3)金刚石和石墨都是碳元素的单质，但石墨晶体熔点比金刚石______，原因是______

(4)单晶硅的结构与金刚石结构相似，若将金刚石晶体中一半的C原子换成Si原子且同种原子不成键，则得如图所示的金刚砂(SiC)结构。在SiC结构中，每个C原子周围距离相等且最近的C原子数目为______，假设C-Si键长为acm，则晶胞密度为______g/cm³。

Answer

原子 分子 sp3 sp ＜ ＜ 高 石墨层内碳碳键的键长比金刚石要短，键能比金刚石大 12

【解析】

本题是对物质结构与性质的考查，涉及晶体类型与性质、杂化方式、分子结构与性质、晶胞计算等，侧重考查学生分析解决问题的能力，分子极性大小及键角的大小判断为易错点、难点，（4）中关键是明确键长与晶胞棱长关系，需要学生具有一定的数学计算能力。

（1）BN由共价键形成的空间网状结构，熔点高、硬度大，属于原子晶体；而干冰松软且极易升华，属于分子晶体；BN 晶体中B原子形成4个B-N键，杂化轨道数目为4，B原子采取sp3杂化，干冰中C原子形成2个σ键，没有孤电子对，杂化轨道数目为2，C原子采取sp杂化，故答案为：原子；分子；sp3；sp；

（2）二者结构相似，均为V形，F与O的电负性相对比较接近，H与O的电负性相差较大，水分子中共用电子对较大地偏向O，所以O-F键的极性较弱，所以整个分子的极性也较弱，水分子中成键电子对之间排斥更大，故水分子中键角也更大，故答案为：＜；＜；

（3）石墨层内碳碳键的键长比金刚石要短，键能比金刚石大，故石墨晶体熔点比金刚石的高。故答案为：高；石墨层内碳碳键的键长比金刚石要短，键能比金刚石大；

（4）晶胞中每个碳原子与4个Si原子形成正四面体，每个Si原子与周围的4个C原子形成正四面体，晶胞中Si、C的相对位置相同，可以将白色球看作C、黑色球看作Si，互换后以顶点原子研究，与之最近的原子处于面心，每个顶点为8个晶胞共用，每个面心为2个晶胞共用，故每个C原子周围距离相等且最近的C原子数目为；顶点Si原子与四面体中心C原子连线处于晶胞体对角线上，且距离等于体对角线长度的 ，而体对角线长度等于晶胞棱长的倍，假设C-Si键长为acm，则晶胞棱长= cm，晶胞中Si原子数目=、C原子数目=4，晶胞质量=g，晶胞密度=（g）÷（ cm）3=g/cm3，故答案为：12； 。