Question

7．釩（V ）、砷（As ）均屬于元素周期表第四周期元素，但釩位于VB族，砷位于VA族，請回答下列問題．
（1）高純度砷可用于生產(chǎn) GaAs （一種新型半導(dǎo)體材料），鎵（Ga ）與砷相比，第一電離能較大的元素是As（填元素符號），GaAs  中砷的化合價(jià)為-3．
（2）Na₃AsO₄中含有的化學(xué)鍵類型包括離子鍵、共價(jià)鍵；AsO₄^3-的空間構(gòu)型為正四面體，As₄O₆的分子結(jié)構(gòu)如圖1所示，則在該化合物中As的雜化方式是sp³．
（3）基態(tài)釩原子的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s²或[Ar]3d³4s²．
（4）已知單質(zhì)釩的晶胞如圖2所示，則V 原子的配位數(shù)是8，假設(shè)晶胞的邊長為dcm、密度為ρg/cm³，則釩的相對原子質(zhì)量為$\frac{1}{2}ρh9lfznn^{3}{N}_{A}$．（設(shè)阿伏加德羅常數(shù)的值為N_A ）

（5）V₂O₅ 溶解在NaOH溶液中，可得到釩酸鈉（Na₃VO₄），也可以得到偏釩酸鈉．已知偏釩酸鈉的陰離子呈如圖3所示的無限鏈狀結(jié)構(gòu)，則偏釩酸鈉的化學(xué)式為NaVO₃．

Answer 1

分析 （1）同一周期元素，元素第一電離能隨著原子序數(shù)增大而呈增大趨勢，但第IIA族、第VA族元素第一電離能大于其相鄰元素；GaAs 中砷的電負(fù)性大于鎵，據(jù)此判斷化合價(jià)；
（2）Na₃AsO₄屬于離子化合物，酸根離子中含有共價(jià)鍵；AsO₄^3-中As原子孤電子對數(shù)=$\frac{5+3-2×4}{2}$=0、價(jià)層電子對數(shù)為4+0=4，據(jù)此判斷空間構(gòu)型；As₄O₆的分子中As原子形成3個(gè)As-O鍵，含有1對孤對電子，雜化軌道數(shù)目為4；
（3）釩是23號元素，原子核外電子數(shù)為23，根據(jù)核外電子排布規(guī)律書寫核外電子排布式；
（4）根據(jù)晶胞圖可知，每個(gè)礬原子周圍距離最近的有8個(gè)礬原子，每個(gè)晶胞中含有的礬原子數(shù)為1+8×$\frac{1}{8}$=2，根據(jù)$ρ=\frac{\frac{2M}{{N}_{A}}}{V}$可計(jì)算出釩的相對原子質(zhì)量；
（5）由鏈狀結(jié)構(gòu)可知每個(gè)V與3個(gè)O形成陰離子，且V的化合價(jià)為+5價(jià)，以此判斷形成的化合物的化學(xué)式．

解答 解：（1）同一周期元素，元素第一電離能隨著原子序數(shù)增大而呈增大趨勢，但第IIA族、第VA族元素第一電離能大于其相鄰元素，所以第一電離能As＞Ga，GaAs 中砷的電負(fù)性大于鎵，所以砷顯-3價(jià)，
故答案為：As；-3；
（2）Na₃AsO₄屬于離子化合物，含有離子鍵，酸根離子中含有共價(jià)鍵；AsO₄^3-中As原子孤電子對數(shù)=$\frac{5+3-2×4}{2}$=0、價(jià)層電子對數(shù)為4+0=4，空間構(gòu)型為正四面體；As₄O₆的分子中As原子形成3個(gè)As-O鍵，含有1對孤對電子，雜化軌道數(shù)目為4，雜化類型為sp³雜化，
故答案為：離子鍵、共價(jià)鍵；正四面體；sp³；
（3）釩是23號元素，原子核外電子數(shù)為23，基態(tài)原子核外電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s²或[Ar]3d³4s²，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s²或[Ar]3d³4s²；
（4）根據(jù)晶胞圖可知，每個(gè)礬原子周圍距離最近的有8個(gè)礬原子，所以礬的配位數(shù)為8，每個(gè)晶胞中含有的礬原子數(shù)為1+8×$\frac{1}{8}$=2，晶胞的體積為d³cm³，根據(jù)$ρ=\frac{\frac{2M}{{N}_{A}}}{V}$可知，釩的相對原子質(zhì)量M=$\frac{1}{2}$ρVN_A=$\frac{1}{2}ρx3rzbld^{3}{N}_{A}$，
故答案為：8；$\frac{1}{2}ρ11tj9zd^{3}{N}_{A}$；
（5）由鏈狀結(jié)構(gòu)可知每個(gè)V與3個(gè)O形成陰離子，且V的化合價(jià)為+5價(jià)，則形成的化合物化學(xué)式為NaVO₃，
故答案為：NaVO₃．

點(diǎn)評 本題是對物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及核外電子排布、電離能、雜化方式與空間構(gòu)型判斷、化學(xué)鍵、晶胞計(jì)算等，是對物質(zhì)結(jié)構(gòu)主干知識(shí)的考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與靈活運(yùn)用能力，難度中等，掌握均攤法進(jìn)行有關(guān)晶胞計(jì)算．