题目列表(包括答案和解析)
(共10分) 长期以来人们一直认为金刚石是最硬的物质,但这种神话现在正在被打破。1990年美国伯克利大学的A.Y.Liu和M.L.Cohen在国际著名期刊上发表论文,在理论上预言了一种自然界并不存在的物质β-C3N4,理论计算表明,这种C3N4物质比金刚石的硬度还大,不仅如此,这种物质还可用作蓝紫激光材料,并有可能是一种性能优异的非线性光学材料。这篇论文发表以后,在世界科学领域引起了很大的轰动,并引发了材料界争相合成β-C3N4的热潮,虽然大块的β-C3N4晶体至今尚未合成出来,但含有β-C3N4晶粒的薄膜材料已经制备成功并验证了理论预测的正确性,这比材料本身更具重大意义。其晶体结构见图1和图2。
(1) 请分析β-C3N4晶体中,C原子和N原子的杂化类型以及它们在晶体中的成键情况:
;
(2) 请在图1中画出β-C3N4的一个结构基元,该结构基元包括 个碳原子和 个氮原子;
(3) 实验测试表明,β-C3N4晶体属于六方晶系,晶胞结构见图2(图示原子都包含在晶胞内),晶胞参数a=0.64nm,c=0.24nm,请列式计算其晶体密度。
ρ= ;
(4) 试简要分析β-C3N4比金刚石硬度大的原因(已知金刚石的密度为3.51g?cm-3)。a |
2 |
a |
2 |
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25×4 |
(361.5×10-101×)3NA |
25×4 |
(361.5×10-101×)3NA |
氮化硼(BN)是一种重要的功能陶瓷材料。以天然硼砂为起始物,经过一系列反应可以得到BF3和BN,如下图所示:
请回答下列问题:
(1)由B2O3制备BF3、BN的化学方程式依次是________________、____________________;
(2)基态B原子的电子排布式为________;B和N相比,电负性较大的是________,BN中B元素的化合价为________;
(3)在BF3分子中,F-B-F的键角是________,B原子的杂化轨道类型为________,BF3和过量NaF作用可生成NaBF4,的立体构型为________;
(4)在与石墨结构相似的六方氮化硼晶体中,层内B原子与N原子之间的化学键为________,层间作用力为____________;
(5)六方氮化硼在高温高压下,可以转化为立方氮化硼,其结构与金刚石相似,硬度与金刚石相当,晶胞边长为361.5pm。立方氮化硼晶胞中含有________个氮原子、________个硼原子,立方氮化硼的密度是________g·cm-3(只要求列算式,不必计算出数值。阿伏加德罗常数为NA)。
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