Question

近日，《自然—通讯》发表了我国复旦大学魏大程团队开发的一种共形六方氮化硼修饰技术，可直接在二氧化硅表面生长高质量六方氮化硼薄膜。

（1）下列N原子的电子排布图表示的状态中，能量最高的是___，能量最低的是___(用字母表示)。

A.              B.

C.              D.

（2）第二周期主族元素中，按第一电离能大小排序，第一电离能在B和N之间的元素有___种。

（3）Na与N形成的NaN₃可用于制造汽车的安全气囊，其中阴离子的空间构型为___，Na在空气中燃烧则发出黄色火焰，这种黄色焰色用光谱仪摄取的光谱为___光谱(填“发射”或“吸收”)。

（4）已知NH₃分子的键角约为107°，而同主族磷的氢化物PH₃分子的键角约为94°，试用价层电子对互斥理论解释NH₃的键角比PH₃的键角大的原因：___。

（5）BH₃·NH₃是一种有效、安全的固体储氢材料，可由BH₃与NH₃反应生成，B与N之间形成配位键，氮原子提供___，在BH₃·NH₃中B原子的杂化方式为___。它的性质与乙烷有所不同：在标准状况下为无色无味的白色固体，在水中溶解度也较大，其原因是___。

（6）立方氮化硼属于原子晶体，其晶胞结构如图1所示，可认为氮原子处于硼原子围成的某种空隙中，则氮原子处于硼原子围成的___(填空间结构)空隙中。图2是立方氮化硼晶胞沿z轴的投影图，请在图中圆球上涂“●”标明N的相对位置___。

已知立方氮化硼的密度为dg·cm^-3，阿伏加德罗常数的值为N_A，则晶胞中硼原子与氮原子的最近距离为___nm。(只要求列算式)

Answer

D A 3 直线形 发射 N的原子半径P小、电负性比P大，使得NH3分子中孤对电子之间的距离比PH3分子中近、斥力大 孤电子对 sp3 BH3·NH3分子间存在氢键，也能与水分子形成氢键，而乙烷分子不能 正四面体 ×107

【解析】

在电子排布图中，根据能量最低原理排布的能量就最低，在能级越高的轨道中电子数越多，能量就越高来判定；根据同周期元素第一电离能的变化规律及IIA、VA反常来解答；根据价层电子对来判断空间构型；根据价层电子对互斥理论判断键角大小原因；根据键的形成实质及形成氢键来解答；根据晶体结构及密度计算晶胞及棱长，由棱长再计算两原子的距离。

（1）N原子电子排布图表示的状态中，符合能量最低原理的其能量就最低，能量越高的轨道中电子个数越多，其能量越高，根据图知，A符合能量最低原理，D中能量较高的轨道中电子数最多，所以能量最高；答案为D，A。

（2）同周期主族元素随原子序数增大第一电离能呈增大趋势，IIA族、VA族为全充满或半充满稳定状态，第一电离能高于同周期相邻元素，因而在B与N之间还有Be、C、O三种元素；答案为3。

（3）N3 -离子中心N原子价层电子对数=2+ =2，价层电子对数为2，孤电子对为0，N原子杂化方式为sp杂化，离子空间构型为直线形，电子从激发态跃迁到低能级，以光的形式释放能量，Na 元素发生焰色反应是因为产生了原子，发射光谱；答案为直线形，发射。

（4）NH3、PH3的中心原子均为sp3杂化，N的电负性比P大，N原子半径比P原子半径小，N原子对键合电子吸引更强，因而NH3分子中成键电子对间的距离较近，成键电子对之间的斥力更大，使NH3的键角比PH3的键角大；答案为N的电负性比P大，N原子半径比P原子半径小，NH3分子中成键电子对间的距离较近，成键电子对之间的斥力更大。

（5）B原子形成3个B-H键，B原子有空轨道，氨分子中N原子有1对孤电子对，B与N之间形成配位键，氮原子提供孤电子对，在BH3·NH3中B原子形成3个B-H键，B还形成1个配位键，B原子杂化轨道数目为4，B原子杂化方式为：sp3杂化，在水中溶解度较大是因为BH3•NH3分子属于极性分子，相似相溶，且BH3·NH3分子间存在氢键，与水分子之间能形成氢键，该物质易溶于水，而乙烷不能；答案为孤电子对，sp3杂化，BH3•NH3分子属于极性分子，相似相溶，且BH3·NH3分子间存在氢键，与水分子之间能形成氢键，该物质易溶于水，而乙烷不能。

（6）立方氮化硼属于原子晶体，其晶胞结构如图1所示，晶胞中每个N原子连接4个B原子，这4个B原子构成以N原子为体心的正四面体结构，图2是立方氮化硼晶胞沿z轴的投影图，在图中圆球上涂“●”标明N的相对位置为，已知立方氮化硼的密度为dg·cm-3，阿伏加德罗常数的值为NA，晶胞中N原子数为4 ，B原子8个顶点各一个，6个面心各一个，则B原子数=8×+6×=4，晶胞的质量m= g= g，晶胞体积V=(a×10-7cm)3，晶胞的密度为dg·cm-3，由得出，晶胞的棱长a=nm，由于立方氮化硼中氮原子与周围的4个硼原子形成四面体结构，顶点N原子与四面体中心B原子连线处于晶胞体对角线上，且二者距离等于晶胞体对角线长度的，晶胞体对角线长度等于晶胞棱长的倍，硼原子与氮原子最近的距离为x nm，则x= anm，将a代入，x=×107nm；答案为正四面体，，×107。