Question

9．某氮铝化合物X具有耐高温、抗冲击、导热性好等优良性质，被广泛应用于陶瓷工业等领域
（1）基态氮原子的核外电子排布式为1s²2s²2p³
（2）工业上用氧化铝与氮气和碳在一定条件下反应生成X和CO，X的晶体结构如图所示，其化学式为AlN工业制备X的化学方程式为Al₂O₃+N₂+3C=2AlN+3CO
（3）X晶体中包含的化学键类型为BC（填字母标号）
A．离子键  B．共价键 C．配位键D．金属键 E．氢键
（4）已知氮化硼与X晶体类型相同，且氮化硼的熔点比X高，可能的原因是氮化硼与氮化铝均为原子晶体，且硼原子半径小于铝原子半径，B-N键键能大于Al-N键键能
（5）若X的密度为dg/cm³，则晶体中最近的两个N原子的距离为$\frac{\sqrt{2}}{2}$•$\root{3}{\frac{164}{ρ•N{\;}_{A}}}$cm（阿伏加德罗常数的值用N_A表示）

Answer 1

分析 （1）氮是7号元素，核外电子数是5，依据构造原理书写电子排布式；
（2）根据X的晶体结构图可知，晶胞中含有氮原子为4，含有铝原子$\frac{1}{8}$×8+$\frac{1}{2}$×6=4，所以X的化学式为AlN，根据元素守恒可以写出化学方程式；
（3）根据X的结构可知，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，所以在AlN中有配位键，根据AlN的性质可知它为原子晶体，所以晶体中含有共价键，据此答题；
（4）氮化硼与AlN相比，硼原子半径比铝原子半径小，所以键能就大，它们都是原子晶体，所以氮化硼的熔点比AlN高；
（5）晶体N原子位于晶胞体对角线的$\frac{1}{2}$处，将体心与下底面相对的两顶点相连可构成等腰三角形，距离最近的两个N原子相连的连线为该三角形的中位线，所以晶体中最近的两个N原子的距离为底面对角线的$\frac{1}{2}$，根据晶胞的密度可以求得晶胞边长，进而求得底面对角线的长度，据此可解题．

解答 解：：（1）氮是7号元素，核外电子数是5，核外电子排布式为1s²2s²2p³，
故答案为：1s²2s²2p³；
（2）根据X的晶体结构图可知，晶胞中含有氮原子为4，含有铝原子$\frac{1}{8}$×8+$\frac{1}{2}$×6=4，所以X的化学式为AlN，氧化铝与氮气和碳在一定条件下反应的化学方程式为Al₂O₃+N₂+3C=2AlN+3CO，
故答案为：AlN；Al₂O₃+N₂+3C=2AlN+3CO；
（3）根据X的结构可知，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，所以在AlN中有配位键，根据AlN的性质可知它为原子晶体，所以晶体中含有共价键，
故答案为：BC；
（4）氮化硼与AlN相比，硼原子半径比铝原子半径小，所以键能就大，它们都是原子晶体，所以氮化硼的熔点比AlN高，
故答案为：氮化硼与氮化铝均为原子晶体，且硼原子半径小于铝原子半径，B-N键键能大于Al-N键键能；
（5）晶体N原子位于晶胞体对角线的$\frac{1}{2}$处，将体心与下底面相对的两顶点相连可构成等腰三角形，距离最近的两个N原子相连的连线为该三角形的中位线，所以晶体中最近的两个N原子的距离为底面对角线的$\frac{1}{2}$，根据晶胞的密度ρ=$\frac{\frac{4×27+4×14}{{N}_{A}}}{晶体边{长}^{3}}$，可以求得晶胞边长为$\root{3}{\frac{164}{ρ•N{\;}_{A}}}$cm，
进而求得底面对角线的长度为$\sqrt{2}$•$\root{3}{\frac{164}{ρ•N{\;}_{A}}}$cm，所以晶体中最近的两个N原子的距离为$\frac{\sqrt{2}}{2}$•$\root{3}{\frac{164}{ρ•N{\;}_{A}}}$cm，
故答案为：$\frac{\sqrt{2}}{2}$•$\root{3}{\frac{164}{ρ•N{\;}_{A}}}$．

点评 本题考查了原子核外电子排布图、均摊法晶胞的计算、键能与性质的关系、以及晶胞结构的计算等知识，为高考选作真题，难度较大，其中晶胞的计算是该题的难点．