Question

【题目】C、N和Si能形成多种高硬度材料，如SiN4、C3N4、SiC

(1)Si3N4和C3N4中硬度较高的是________，理由是_____________。

(2)C和N能形成一种类石墨结构材料，其合成过程如下图所示。该类石墨结构材料化合物的化学式为_______，其合成过程中有三聚氰胺形成，三聚氰胺中N原子的杂化方式有________。

(3)C和N能形成一种五元环状有机物咪唑(简写为im)，其结构为。化合物[Co(im)6]SiF6的结构示意图如下：

①阳离子[Co(im)6]2+和SiF62—之间除了阴阳离子间的静电作用力，还存在氢键作用写出该氢键的表示式：_______。(例如水中氢键的表示式为)

②多原子分子中各原子若在同一平面，且有相互平行的p轨道，则p电子可在多个原子间运动，形成“离域π键”，如SO2分子中存在“离域π键” π34，则im分子中存在的“离域π键”是______。

(4)－SiC为立方晶系晶体，该晶胞中原子的坐标参数为

C：（0,0，0）；；；；……

Si：；；；

则－SiC立方晶胞中含有_____个Si原子、________个C原子。

Answer 1

【答案】C3N4 两者同属原子晶体(答两者结构相似)，C的原子半径小于Si,与Si-N相比，C-N的键长短、键能大 C3N4 sp2、sp3 π56 4 4

【解析】

(1)原子晶体中，成键的原子半径越小，则键长越小、键能越大，其硬度就越大。所以Si3N4和C3N4中硬度较高的是C3N4原因是两者同属原子晶体，C的原子半径小于Si,与Si-N相比，C-N的键长短、键能大，故答案为：C3N4；两者同属原子晶体(答两者结构相似)，C的原子半径小于Si,与Si-N相比，C-N的键长短、键能大；

(2)由结构可知，每个碳原子与3个氮原子形成2个单键和1个双键，由于氮元素的非金属性强于碳元素，故碳元素显+4价、氮元素显-3价，由此可判断出该化合物的化学式为C3N4。三聚氰胺的环中N原子形成2个σ键,含有1对孤电子对,杂化轨道数目为3,采取sp2杂化，氨基中N原子形成3个σ键，含有1对孤电子对，杂化轨道数目为4，采取sp3杂化，故答案为：C3N4；sp2、sp3；

（3）①氢键发生在非金属强的原子和氢原子之间，在该物质中氢键可表示为，故答案为：；

②分子中三个C原子采取sp2杂化，每个C原子都有1个p电子，形成3个σ键的N原子采取sp3杂化，含有1对p电子，形成2个σ键的N原子采取sp2杂化，含有1个p电子，五个原子上的6个p电子参与形成离域π键，可表示为π56，故答案为：π56；

（4）从该晶胞中原子的坐标参数可知，碳原子位于晶胞的8个顶点和6个面心。每个顶点参与形成8个晶胞，每个面心参与形成2个晶胞，根据均摊法可以计算出一个晶胞中有4个碳原子，而4个硅原子位于晶胞内部，所以SiC立方晶胞中含有4个Si原子、4个C原子，故答案为：4；4。