Question

【題目】磷和砷的相關(guān)化合物在化工、醫(yī)藥、材料等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用�；卮鹣铝袉�(wèn)題：

（1）紅磷是巨型共價(jià)分子，無(wú)定型結(jié)構(gòu)，下列方法能證明紅磷是非晶體的是_____。

A．質(zhì)譜法 B．原子發(fā)射光譜法 C．核磁共振譜法 D．X射線行射法

（2）基態(tài)As原子的核外電子排布式為_____，As原子的逐級(jí)電離能數(shù)據(jù)如下：

第一電離能	第二電離能	第三電離能	第四電離能	第五電離能	第六電離能
947.0	1798	2735	4837	6043	12310

為什么第五電離能與第六電離能相差較大_____。

（3）黑磷是新型二維半導(dǎo)體材料，具有片層結(jié)構(gòu)（如下圖所示），P原子的雜化形式為_____，層與層之間的相互作用為_____。

（4）GaAs的熔點(diǎn)為1238℃，且熔融狀態(tài)不導(dǎo)電，其晶胞結(jié)構(gòu)如下圖所示，該晶體的類型為_____，每個(gè)As原子周圍最近的As原子數(shù)目為_____，與同一個(gè)Ga原子距離最近的As原子構(gòu)成的空間構(gòu)型為_____，一個(gè)GaAs晶胞中配位鍵的數(shù)目為_____。

（5）已知GaAs的密度為dg/cm3，摩爾質(zhì)量為Mg/mol，阿伏加德羅常數(shù)用NA表示，則晶胞中最近的As和Ga原子核間距為_____ nm（列式表示）。

Answer 1

【答案】D [Ar]3d104s24p3 As原子最外層有五個(gè)電子，失去的第六個(gè)電子來(lái)自全滿的次外層，所需能量較高 sp3 范德華力 原子晶體 12 正四面體 4 ×107

【解析】

(1)判斷晶體、非晶體最科學(xué)的方法是X-射線衍射實(shí)驗(yàn)；

(2)基態(tài)As原子核外有33個(gè)電子，根據(jù)構(gòu)造原理書寫基態(tài)As原子的核外電子排布式；As的第五電離能與第六電離能相差顯著，As失去5個(gè)電子后電子排布為[Ar]3d10，此時(shí)3d為全滿，較穩(wěn)定；

(3)黑磷中P原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)是4且含有一對(duì)孤電子對(duì)，根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷P原子雜化形式，層與層之間的相互作用為范德華力；

(4)根據(jù)GaAs的熔點(diǎn)和熔融狀態(tài)不導(dǎo)電分析判斷晶體的類型；根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)圖，As原子位于晶胞的頂點(diǎn)和面心，判斷每個(gè)As原子周圍最近的As原子數(shù)目；Ga原子最外層有3個(gè)電子，As原子最外層有5個(gè)電子，該晶胞中每個(gè)Ga原子和4個(gè)As原子形成化學(xué)鍵，其中一個(gè)為配位鍵，據(jù)此判斷一個(gè)CaAs晶胞中配位鍵的數(shù)目；

(5)根據(jù)均攤法計(jì)算該晶胞中As和Ga的原子個(gè)數(shù)是4，再結(jié)合晶胞中最近的As和Ga原子核間距等于晶胞體對(duì)角線長(zhǎng)度的計(jì)算。

(1)判斷晶體、非晶體最科學(xué)的方法是X-射線衍射實(shí)驗(yàn)，所以能證明紅磷是非晶體的是X-射線衍射實(shí)驗(yàn)，故選D；

(2)基態(tài)As原子核外有33個(gè)電子，根據(jù)構(gòu)造原理，基態(tài)As原子的核外電子排布式為[Ar]3d104s24p3；As的第五電離能與第六電離能相差顯著，是因?yàn)?/span>As失去5個(gè)電子后電子排布為[Ar]3d10，此時(shí)3d為全滿，較穩(wěn)定，此時(shí)再失去一個(gè)電子較困難，所以第五電離能與第六電離能相差顯著，故答案為：[Ar]3d104s24p3；As原子最外層有五個(gè)電子，失去的第六個(gè)電子來(lái)自全滿的次外層，所需能量較高；

(3)黑磷中P原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)是4且含有一對(duì)孤電子對(duì)，根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論，P原子雜化形式為sp3，層與層之間的相互作用為范德華力，故答案為：sp3；范德華力；

(4)GaAs的熔點(diǎn)為1238℃，且熔融狀態(tài)不導(dǎo)電，符合原子晶體的特征，GaAs為原子晶體；根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)圖，As原子位于晶胞的頂點(diǎn)和面心，每個(gè)As原子周圍最近的As原子數(shù)目為12個(gè)；與同一個(gè)Ga原子距離最近的4個(gè)As原子構(gòu)成正四面體；Ga原子最外層有3個(gè)電子，As原子最外層有5個(gè)電子，該晶胞中每個(gè)Ga原子和4個(gè)As原子形成化學(xué)鍵，其中一個(gè)為配位鍵，Ga原子位于晶胞內(nèi)部，Ga原子個(gè)數(shù)是4，則一個(gè)CaAs晶胞中配位鍵的數(shù)目為4，故答案為：原子晶體；12；正四面體；4；

(5)該晶胞中As原子位于晶胞的頂點(diǎn)和面心，As原子個(gè)數(shù)=8×+6×=4、Ga原子位于晶胞內(nèi)部，Ga原子個(gè)數(shù)是4，晶胞的質(zhì)量=g，則晶胞棱長(zhǎng)=cm=×107 nm。晶胞中最近的As和Ga原子核間距等于晶胞體對(duì)角線長(zhǎng)度的，晶胞中最近的As和Ga原子核間距=×××107 nm=××107n，故答案為：××107。