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^＋由H、C、N三种元素组成，结构如下图所示。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、、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^＋中，碳原子的杂化轨道类型为________。分子中的大π键可用符号表示，其中n代表参与形成的大π键原子数，m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)，则EMIM^＋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，其晶胞结构如下图所示。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d g/cm³，B原子半径为x pm，N原子半径为y pm，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 原子 4 ×100%

【解析】

根据构造原理、泡利原理和洪特规则写出碳原子的价层电子轨道表示式；根据价层电子对互斥理论计算中心原子价层电子对数；根据大π键的书写方法和EMIM＋的结构表示EMIM＋里的大π键；根据晶体的物理特征判断立方氮化硼的晶体类型，根据晶体结构判断B原子的配位数和计算晶胞中的原子利用率。

(1)碳原子价电子排布式为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，p轨道的电子云轮廓图为哑铃形。

(2)NH3中N原子价层电子对个数＝3＋(5-3×1)＝4，NO3－中N原子价层电子对个数＝3＋(5＋1－3×2)＝3；NO2－中N原子价层电子对个数＝2＋(5＋1－2×2)＝3，所以中心原子价层电子对数不同于其他两种粒子的是NH3；NH3比PH3的沸点高是因为氨分子间存在氢键。

(3)ⅤA族元素的第一电离能比同周期相邻元素的都大，是因为ⅤA族元素的最高能级p轨道上的电子为半充满状态，能量低，较稳定，失去一个电子需要的能量多，所以氮元素的第一电离能比同周期相邻元素都大。

(4)根据EMIM＋的结构图可知，甲基和亚甲基上的碳原子的杂化方式为sp3，环上的碳原子的杂化方式为sp2；五元环中存在大π键，参与形成大π键的原子总数为5个，每个氮原子提供2个电子，每个碳原子提供1个电子，失去一个电子后，共有6个电子形成大π键，可用符号表示。

(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，晶胞中N原子数为4，B原子数＝8×＋6×＝4，氮化硼化学式为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；晶胞的质量m＝g＝g，晶胞的体积V＝＝ cm3＝cm3，B、N原子总体积V′＝4×[]＝×(x3＋y3)×10－30cm3，晶胞中原子的空间利用率＝×100%＝×100%＝×100%。