Question

1．已知氮化铝的晶胞结构如图所示，请回答下列问题．

（1）NH₃的空间构型为三角锥形，NH₃极易溶于水的主要原因氨气分子与水分子之间形成氢键．
（2）比较稳定性强弱 H₂O＞SiH₄（填“＞”或“＜”），解释原因氧元素非金属性比硅的强．
（3）图中 4 个氮原子共形成4个配位键，氮原子的配位数为4，每个铝原子周围紧邻12个铝原子．
（4）已知（CH₃）₃Al 为非极性分子，结构简式为：，则其中铝原子的杂化方式为sp²．若氮化铝可由（CH₃）₃Al 和 NH₃在一定条件下反应制得，反应的方程式为：（CH₃）₃Al+NH₃$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$AlN+3CH₄ ，该反应与取代反应有机反应类型相似（填反应名称）．
（5）写出与氮化铝互为等电子体的一种单质的名称金刚石，氮化铝、氮化硅属同种晶体类型，其中硬度较大的物质的化学式是氮化硅．

Answer 1

分析 （1）氨气分子为三角锥形；氨气分子与水分子之间形成氢键；
（2）元素非金属性越强，对应氢化物越稳定；
（3）由AlN的晶胞结构可知，一个N原子与距离最近的四个Al原子成键，每个铝和氮周围都有四个共价键，都达八电子稳定结构，而铝原子最外层原来只有三个电子，氮原子最外层有5个电子，每个N原子都形成1个配位键；以顶点Al原子研究，与之紧邻的铝原子处于面心位置；
（4）（CH₃）₃Al为非极性分子，Al原子与3个甲基形成平面正三角形结构；晶胞中晶胞中N原子数目为4、Al原子数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，氮化铝化学式为AlN，可由（CH₃）₃Al和NH₃在一定条件下反应制得，由元素守恒可知还生成甲烷；
（5）等电子体的结构相似，原子总数、价电子总数也相等，将晶胞中Al原子、N原子可以替换为碳原子得到其等电子体；
氮化铝、氮化硅均属于原子晶体，键长越短，共价键越稳定，物质的硬度越大．

解答 解：（1）NH₃的空间构型为三角锥形；NH₃极易溶于水的主要原因：氨气分子与水分子之间形成氢键，
故答案为：三角锥形；氨气分子与水分子之间形成氢键；
（2）元素非金属性越强，等于氢化物越稳定，由于氧元素非金属性比硅的强，故氢化物稳定性：H₂O＞SiH₄，
故答案为：＞；氧元素非金属性比硅的强；
（3）由AlN的晶胞结构可知，一个N原子与距离最近的四个Al原子成键，每个铝和氮周围都有四个共价键，都达八电子稳定结构，而铝原子最外层原来只有三个电子，氮原子最外层有5个电子，每个N原子都形成1个配位键，图中4 个氮原子共形成4个配位键，氮原子的配位数为4；
以顶点Al原子研究，与之紧邻的铝原子处于面心位置，每个顶点为8个晶胞共用，每个面为2个晶胞共用，故每个铝原子周围紧邻的铝原子数目为$\frac{8×3}{2}$=12，
故答案为：4；4；12；
（4）（CH₃）₃Al为非极性分子，Al原子与3个甲基形成平面正三角形结构，Al原子采取sp²杂化，
晶胞中晶胞中N原子数目为4、Al原子数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，氮化铝化学式为AlN，可由（CH₃）₃Al和NH₃在一定条件下反应制得，由元素守恒可知还生成甲烷，反应方程式为：（CH₃）₃Al+NH₃$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$AlN+3CH₄ ，该反应与机反应中取代反应类型相似，
故答案为：sp²；（CH₃）₃Al+NH₃$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$AlN+3CH₄ ；取代反应；
（5）等电子体的结构相似，原子总数、价电子总数也相等，将晶胞中Al原子、N原子可以替换为碳原子得到其等电子体，则其等电子体为金刚石等；
氮化铝、氮化硅均属于原子晶体，由于Si原子半径小于Al的原子半径，故N-Si的键长比N-Al的短，故N-Si键更稳定，氮化硅的硬度更大，
故答案为：金刚石；氮化硅．

点评 本题是对物质结构的考查，涉及元素周期律应用、微粒构型判断、晶胞结构与计算、配位键、等电子体、晶体类型与性质等，题目培养学生分析能力、知识迁移运用能力，难度较大．