Question

离子液体是一类具有很高应用价值的绿色溶剂和催化剂，其中的EMIM⁺离子由H、C、N三种元素组成，结构如图所示。回答下列问题：

（1）碳原子价层电子的轨道表达式为__，基态碳原子中，核外电子占据的最高能级的电子云轮廓图为__形。

（2）根据价层电子对互斥理论，NH₃、NO₃^-、NO₂^-中，中心原子价层电子对数不同于其他两种粒子的是__。NH₃比PH₃的沸点高，原因是__。

（3）氮元素的第一电离能比同周期相邻元素都大的原因是__。

（4）EMIM⁺离子中，碳原子的杂化轨道类型为__。分子中的大π键可用符号Π表示，其中m代表参与形成的大π键原子数，n代表参与形成的大π键电子数（如苯分子中的大π键可表示为Π），则EMIM⁺离子中的大π键应表示为__。

（5）立方氮化硼硬度仅次于金刚石，但热稳定性远高于金刚石，其晶胞结构如图所示。立方氮化硼属于__晶体，其中硼原子的配位数为__。已知：立方氮化硼密度为dg/cm³，B原子半径为xpm，N原子半径为ypm，阿伏加德罗常数的值为N_A，则该晶胞中原子的空间利用率为__（列出化简后的计算式）。

Answer

哑铃 NH3 氨分子间存在氢键 基态氮原子电子占据的最高能级为半充满，较稳定 sp2、sp3 Π 原子 4

【解析】

根据核外电子排布原则确定电子排布图，根据价层电子对互斥理论计算价层电子对数，根据第一电离能的规律比较第一电离能，根据轨道杂化理论确定杂化轨道类型，根据大π键形成的原理确定大π键的表示，根据晶体知识确定晶胞类型、配位数及空间占有率。

（1）碳原子价电子数为4，价电子排布式为2s22p2，所以价层电子的轨道表达式为；基态碳原子核外电子占据的最高能级为2p，2p轨道的电子云轮廓图为哑铃形；

（2）NH3中N原子价层电子对数为，

中N原子价层电子对数，

中N原子价层电子对数，所以中心原子价层电子对数不同于其他其他两种粒子的是NH3； NH3比PH3的沸点高是因为NH3分子间存在氢键，而PH3分子间只有范德华力；

（3）第VA族比同周期相邻元素都大，是因为最高能级p轨道上电子数为特殊的半充满状态，能量低、较稳定，所以氮元素的第一电离能比同周期相邻元素都大的原因是基态氮原子电子占据的最高能级为半充满，较稳定；

（4）根据图中EMIM+离子中键总数为5个，根据图像，EMIM+离子中C原子的空间构型有四面体和平面三角形两种，即C原子采用sp3、sp2杂化；EMIM+离子有6个电子可形成大π键，形成的大π键原子数为5，故可用符号Π表示；

（5）立方氮化硼硬度仅次于金刚石，晶体类型类似于金刚石，是原子晶体；晶胞中每个N原子连接4个B原子，氮化硼化学式BN，所以晶胞中每个B原子也连接4个N原子，即硼原子的配位数为4；晶胞中N原子数为4， B原子数，晶胞质量为，晶胞体积为，B、N原子的总体积为，晶胞中原子的空间利用率为；