Question

【題目】坦桑石的主要化學(xué)成分為Ca2Al3(SiO4)3(OH)，還可含有V、Cr、Mn等元素。

(1)下列狀態(tài)中的鋁微粒，電離最外層的一個(gè)電子所需能量最大的是____________。

①②③④

(2)煙酸鉻是鉻的一種化合物，其合成過程如下：

①Cr原子的價(jià)層電子排布圖為 _______________。這樣排布電子遵循的原則是 ______________。

②煙酸中所含元素的第一電離能I1(N)_____ I1(O)，原因是_________________ 。

③煙酸中碳、氮原子的雜化方式分別為 _________________、__________________。

(3)SiCl4、SiF4都極易水解。二者都屬于______(填“極性”或“非極性”)分子，其熔點(diǎn)關(guān)系為SiF4 ______SiCl4(填“>”“<”或“=”)。

(4)將Mn摻入GaAs晶體(圖甲)可得到稀磁性半導(dǎo)體材料(圖乙)，圖甲、圖乙晶體結(jié)構(gòu)不變。

①圖乙中a點(diǎn)和b點(diǎn)的原子坐標(biāo)參數(shù)分別為(0，0，0)和(1，1，0)，則c點(diǎn)的原子坐標(biāo)參數(shù)為_______。

②設(shè)圖甲晶體的密度為ρg·cm-3，用NA表示阿伏伽德羅常數(shù)的數(shù)值，則該晶胞中距離最近的兩個(gè)砷原子之間的距離為 ___________ pm。(用含ρ、NA的關(guān)系式表示最簡(jiǎn)化的計(jì)算式即可)

Answer 1

【答案】④ 洪特規(guī)則特例 > 氮、氧原子的價(jià)電子排布分別為2s22p3、2s22p4，其中2p3為半充滿結(jié)構(gòu)，更穩(wěn)定，故氮原子的第一電離能大于氧原子。 sp2 sp2 非極性 < (0，1/2，1/2)

【解析】

電離能關(guān)系：基態(tài)>激發(fā)態(tài)，第一電離能<第二電離能<第三電離能；原子為半充滿或全充滿時(shí)，電子較穩(wěn)定，第一電離能較大；雜化方式采用雜化軌道理論進(jìn)行解題；距離的計(jì)算，先用均攤法確定GaAs晶體的化學(xué)式為，其摩爾質(zhì)量為，則一個(gè)晶胞質(zhì)量為，由算出晶胞體積，再計(jì)算邊長(zhǎng)即可。

(1)電離最外層的一個(gè)電子所需能量關(guān)系為：基態(tài)>激發(fā)態(tài)，第一電離能<第二電離能<第三電離能，①為基態(tài)原子，失去最外層一個(gè)電子，為第一電離能；②為失去一個(gè)電子后的粒子，再失去一個(gè)電子為第二電離能；③④都是失去兩個(gè)電子后的粒子，再失去一個(gè)電子為第三電離能，但是③是激發(fā)態(tài)，④是基態(tài)，故有①<②<③<④，所以最大的是④；

(2)①Cr原子為24號(hào)元素，價(jià)電子為3d54s1,價(jià)層電子排布圖為 ，這種狀態(tài)為半充滿，滿足當(dāng)電子排布在同一能級(jí)的不同軌道時(shí)，基態(tài)原子中的電子總是優(yōu)先單獨(dú)占據(jù)一個(gè)軌道，而且自旋狀態(tài)相同，所以原則是洪特規(guī)則特例；

②同一周期，第一電離能能增大的趨勢(shì)，但是氮原子為半充滿，較穩(wěn)定，第一電離能大于后面的氧原子，所以第一電離能I1(N) > I1(O)，原因是氮、氧原子的價(jià)電子排布分別為2s22p3、2s22p4，其中2p3為半充滿結(jié)構(gòu)，更穩(wěn)定，故氮原子的第一電離能大于氧原子；

③煙酸中碳原子無孤電子對(duì)，價(jià)層電子對(duì)為3，雜化方式為sp2，氮原子孤電子對(duì)數(shù)為，價(jià)層電子對(duì)為2+1=3，雜化方式為sp2；

(3)SiCl4、SiF4都是正四面體構(gòu)型，所以二者都屬于非極性分子；由于相對(duì)分子質(zhì)量SiF4<SiCl4，分子間作用力SiF4<SiCl4，分子間作用力越大熔沸點(diǎn)越高，所以熔點(diǎn)關(guān)系為SiF4<SiCl4；

(4) ①圖乙中a點(diǎn)和b點(diǎn)的原子坐標(biāo)參數(shù)分別為(0，0，0)和(1，1，0)，而c點(diǎn)所在的位置為一個(gè)正方形的中心，則c點(diǎn)的原子坐標(biāo)參數(shù)為；

②先用均攤法確定GaAs晶體的化學(xué)式，即Ga原子數(shù)為，而As正好處于晶胞體內(nèi)，As原子個(gè)數(shù)為4，因此GaAs晶體的化學(xué)式為，其摩爾質(zhì)量為，則一個(gè)晶胞質(zhì)量為，由算出晶胞體積則邊長(zhǎng)為，而甲晶體中最近的兩個(gè)Ga原子正好位于面心和頂點(diǎn)，距離為。