Question

【題目】自然界存在豐富的碳、氮、硅、磷、鐵、銅等元素，它們可形成單質及許多化合物。回答下列問題：

（1）C、N、Si原子的第一電離能由大到小的順序是____________________。

（2）亞磷酸(H3PO3)與過量NaOH反應生成亞磷酸氫二鈉(Na2HPO3)，則亞磷酸的結構式為________________________。

（3）某FexNy的晶胞結構如圖-1所示，Cu可以完全替代該晶體中a位置Fe或者b位置Fe，形成Cu替代型產物Fe(x-n)CunNy。FexNy轉化為兩種Cu替代型產物的能量變化如圖-2所示，其中更穩定的Cu替代型產物的化學式為___________________。

（4）乙酰基二茂鐵是常用汽油抗震劑，其結構如圖3所示，該物質中碳原子的雜化方式有___________，亞鐵離子具有強還原性，從電子排布的角度解釋其原因_______________。

（5）金剛石晶胞結構如圖-4，立方BN結構與金剛石相似、硬度與金剛石相當。在立方BN晶體中，B原子與N原子之間共價鍵與配位鍵數目比為____________；每個N原子周圍最近且等距離的N原子數為_______________；如果阿伏加德羅常數近似取6×1023mol-1，立方BN的密度為ag·cm-3，摩爾質量為bg·mol-1，計算晶體中最近的兩個N原子間距離是_________nm(用含a、b代數式表示)。

Answer 1

【答案】 N>C>Si Fe3CuN sp3、sp2 Fe2+的3d軌道有6個電子，失去1個電子后3d軌道電子排布處于半充滿穩定狀態 3：1 12

【解析】（1）C、N是同一周期元素，但N原子2p軌道半充滿較C原子更穩定，故N的第一電離能更大， C、Si是同一主族，從上到下失電子能力增強，故Si第一電離能小于C，故C、N、Si原子的第一電離能由大到小的順序是：

N>C>Si；

（2）亞磷酸(H3PO3)與過量NaOH反應生成亞磷酸氫二鈉(Na2HPO3)，說明亞磷酸(H3PO3)是二元酸，其結構中，應有兩個羥基、一個非羥基氧，P與這個非羥基氧形成的是配位鍵，則亞磷酸的結構式為；

（3）根據題意，Cu替代a位置Fe型具有的能量更高，更穩定，FexNy晶體的化學式為：Fe4N，a位置鐵是晶胞的頂點位置，Cu替代a位置Fe后，晶胞中少一個Fe多一個Cu，故更穩定的Cu替代型產物的化學式為Fe3CuN ；

（4）乙酰基結構中，碳原子有三種，甲基中的C是sp3雜化，羰基中的C是sp2雜化，5元C環中的C是sp2雜化；故乙酰基二茂鐵中碳原子的雜化方式有sp3、sp2；亞鐵離子具有強還原性，及Fe2+亞鐵離子容易失電子，Fe2+的3d軌道有6個電子，失去1個電子后3d軌道電子排布處于半充滿穩定狀態，故其具有強還原性；

（5）由金剛石的晶胞結構可以知道,晶胞內部有4個C原子,面心上有6個C原子,頂點有8個C原子,在BN晶體中,每個B原子和4個N原子形成共價鍵,B原子的配位數是4,B原子與N原子之間共價鍵的數目是12,所以B原子與N原子之間共價鍵的數目與配位鍵的數目比為,根據晶胞結構圖,以晶胞頂點上的氮原子為例,與該氮原子距離最近的氮原子位于經過該頂點的面的面心上,這樣的原子有12個,根據均攤可以知道,一個晶胞中N原子數目為 4,B原子數目也是4,根據可以知道晶胞的體積,所以晶胞的邊長為,最近的兩個N原子間距離是晶胞面對角線的,所以晶體中最近的兩個N原子間距離是。