Question

【题目】哈佛大学A．Y．Liu教授首次合成类金刚石相氮化碳（β﹣﹣C3N4）．福州大学王新晨教授在此基础上以单氰胺（CH2N2）为原料制得光催化剂类石墨相氮化碳（g﹣C3N4），其单层结构如图a，

（1）C，H，N元素电负性从大到小的顺序为（填元素符号）．
（2）β﹣﹣C3N4熔点、硬度均高于金刚石，其原因为 ．
（3）β﹣﹣C3N4和g﹣﹣C3N4中碳原子的杂化轨道类型分别为 ．
（4）单氰胺的结构式为 ．
（5）g﹣﹣C3N4中存在的作用力为（填序号）．
a．离子键 b．σ键 c．π键 d．氢键 e．范德华力
（6）g﹣﹣C3N4中掺杂少量铁元素能提高光催化效果．图b为g﹣﹣C3N4的另一种单层结构；图c为Fe3+掺杂前后N﹣1s谱图（N原子1s的XPS谱图，图中峰的强度正比于原子数目），图c中横坐标为g﹣﹣C3N4中N﹣1s结合能（原子结合能与稳定性成正比），掺杂Fe3+后，结合能最小的谱线发生了明显右移．
①Fe3+的价电子轨道表示式为 ．
②发生位移的谱线对应的N原子为（填图b中的序号）．
③谱线右移的原因为

Answer 1

【答案】
（1）N、C、H
（2）β﹣﹣C3N4和金刚石都是原子晶体，C﹣N键长小于C﹣C，键能更大，熔点高硬度大
（3）sp3、sp2
（4）
（5）bce
（6）；1，2；掺杂后Fe3+与N原子形成配位键，N原子周围的电子云密度降低，原子核对核外导致的束缚能力提高，0.14%Fe﹣g﹣C3N4样品中N﹣1s轨道结合能升高
【解析】解：（1）元素的非金属性越强，其吸引电子能力越强，则其电负性越大，这几种元素非金属性强弱顺序是N＞C＞H，所以电负性大小顺序是N＞C＞H，所以答案是：N＞C＞H；（2）原子晶体熔沸点、硬度与键长成反比，β﹣﹣C3N4是原子晶体，C﹣N原子之间形成共价键，且C﹣N键长小于C﹣C，则键能更大、熔点高硬度大，所以答案是：β﹣﹣C3N4和金刚石都是原子晶体，C﹣N键长小于C﹣C，键能更大，熔点高硬度大；（3）β﹣﹣C3N4中C原子价层电子对个数是4、g﹣﹣C3N4中碳原子价层电子对个数是3且不含孤电子对，根据价层电子对互称理论判断C原子杂化方式分别为sp3、sp2 ， 所以答案是：sp3、sp2；（4）单氰胺N原子形成3个共价键、H原子形成1个共价键、C原子形成4个共价键，据此书写其结构式为 ，
所以答案是： ；（5）g﹣﹣C3N4是分子晶体，非金属元素之间形成的共价单键为σ键、共价双键中一个是σ键、一个是π键，分子晶体中分子之间存在范德华力，C和N原子之间存在共价共价单键和共价双键，故选bce；（6）①Fe原子失去3个电子生成Fe3+ ， 其3d电子为价电子，其价电子轨道表示式为 ，
所以答案是： ；②Fe3+与N原子形成配位键导致谱线发生移动，而图中1，2号N原子含有对孤对电子，能形成配位键，
所以答案是：1，2；③掺杂后Fe3+与N原子形成配位键，N原子周围的电子云密度降低，原子核对核外导致的束缚能力提高，0.14%Fe﹣g﹣C3N4样品中N﹣1s轨道结合能升高，故谱线右移．
所以答案是：掺杂后Fe3+与N原子形成配位键，N原子周围的电子云密度降低，原子核对核外导致的束缚能力提高，0.14%Fe﹣g﹣C3N4样品中N﹣1s轨道结合能升高．