Question

5．β-C₃N₄是一種性能優(yōu)異的非線(xiàn)性光學(xué)材料，硬度比金剛石還大，其晶體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1．β-C₃N₄晶體中，N原子的雜化類(lèi)型為sp²；β-C₃N₄的晶胞結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2，晶胞參數(shù)a=b=0.64nm，c=0.24nm，γ=120°．一個(gè)β-C₃N₄晶胞中包括6個(gè)碳原子，列式計(jì)算其晶體密度ρ=$ρ=\frac{12×6+14×8}{{6.02×{{10}^{23}}×[{{（0.64×{{10}^{-7}}）}^2}×sin{{120}°}×0.24×{{10}^{-7}}]}}=3.6g•c{m^{-3}}$．

Answer 1

分析 圖為切片層狀結(jié)構(gòu)中菱形內(nèi)為層內(nèi)重復(fù)結(jié)構(gòu)單元，含有6個(gè)C原子、8個(gè)N原子，N原子以2個(gè)雙鍵和一個(gè)單鍵連接，西格瑪電子對(duì)數(shù)為3，孤電子對(duì)數(shù)為0，價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3，據(jù)此判斷雜化類(lèi)型，實(shí)驗(yàn)測(cè)得此晶體結(jié)構(gòu)屬于六方晶系，晶胞結(jié)構(gòu)圖示原子都包含在晶胞內(nèi)，計(jì)算晶胞質(zhì)量、晶胞體積，再根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算晶胞密度．

解答 解：硬度比金剛石還大，屬于原子晶體，圖為切片層狀結(jié)構(gòu)中菱形內(nèi)為層內(nèi)重復(fù)結(jié)構(gòu)單元，含有6個(gè)C原子、8個(gè)N原子，C、N原子數(shù)目之比為3：4，N原子以2個(gè)雙鍵和一個(gè)單鍵連接，西格瑪電子對(duì)數(shù)為3，孤電子對(duì)數(shù)為0，價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3，故雜化軌道類(lèi)型為sp²，實(shí)驗(yàn)測(cè)得此晶體結(jié)構(gòu)屬于六方晶系，晶胞質(zhì)量=$\frac{6×12+8×14}{6.02×1{0}^{23}}$g，晶胞參數(shù)a=0.64nm，c=0.24nm，則晶胞體積為（0.64×10^-7 cm）²×sin120°×0.24×10^-7 cm，故晶胞密度$ρ=\frac{12×6+14×8}{{6.02×{{10}^{23}}×[{{（0.64×{{10}^{-7}}）}^2}×sin{{120}°}×0.24×{{10}^{-7}}]}}=3.6g•c{m^{-3}}$，
故答案為：sp²；6；$ρ=\frac{12×6+14×8}{{6.02×{{10}^{23}}×[{{（0.64×{{10}^{-7}}）}^2}×sin{{120}°}×0.24×{{10}^{-7}}]}}=3.6g•c{m^{-3}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，涉及雜化方式、晶胞計(jì)算等，需要學(xué)生具備一個(gè)的空間想象與數(shù)學(xué)計(jì)算能力，題目難度較大．