(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

Question

( 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 － C ₃ N ₄ ，理论计算表明，这种 C ₃ N ₄ 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 － C ₃ N ₄ 的热潮，虽然大块的 β － C ₃ N ₄ 晶体至今尚未合成出来，但含有 β － C ₃ N ₄ 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 － C ₃ N ₄ 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 － C ₃ N ₄ 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 － C ₃ N ₄ 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 － C ₃ N ₄ 比金刚石硬度大的原因 ( 已知金刚石的密度为 3.51g ・cm ^{－ 3} ) 。

Answer 1

(1) β－ C 3 N 4 晶体中， C 原子采取 sp 3 杂化， N 原子采取 sp 2 杂化； 1 个 C 原子与 4 个处于四面体顶点的 N 原子形成共价键...