Question

10．N，P，As等元素的化合物在生產(chǎn)和研究中有許多重要用途．請(qǐng)回答下列問題：
（1）意大利羅馬大學(xué)的[FuNvio Cacace等人獲得了極具理論研究意義的N₄分子，該分子的空間構(gòu)型與P₄類似，其中氮原子的軌道雜化方式為sp³，N-N鍵的鍵角為60°．
（2）基態(tài)砷原子的價(jià)電子排布圖為，砷與同周期相鄰元素的第一電離能由大到小的順序?yàn)锳s＞Se＞Ge．
（3）配位原子對(duì)孤對(duì)電子的吸引力越弱，配體越容易與過渡金屬形成配合物．PH₃與NH₃的結(jié)構(gòu)相似，和過渡金屬更容易形成配合物的是PH₃（填“PH₃”或“NH₃”）．
（4）SCl₃⁺和PCl₃是等電子體，SCl₃⁺的空間構(gòu)型是三角錐形．S-Cl鍵鍵長＜P-Cl鍵鍵長（填“＞”、“=”或“＜”），原因是S 原子半徑小于P原子半徑，故 S-Cl 鍵要比 P-Cl 鍵短．
（5）砷化鎵為第三代半導(dǎo)體，以其為材料制造的燈泡壽命長，耗能少．已知立方砷化鎵晶胞的結(jié)構(gòu)如圖所示，砷化鎵的化學(xué)式為GaAs．若該晶體的密度為ρg•cm^-3，設(shè)N_A為阿伏加德羅常數(shù)的值，則a、b的距離為$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{580}{ρ{N}_{A}}}$×10¹⁰ pm（用含ρ和N_A的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 （1）N₄分子的空間構(gòu)型與P₄類似，4個(gè)N原子形成正四面體構(gòu)型，每個(gè)N原子形成3個(gè)N-N鍵，還含有1對(duì)孤對(duì)電子；
（2）As元素處于第四周期VA族，價(jià)電子排布式為4s²4p³，結(jié)合泡利原理、洪特規(guī)則畫出價(jià)電子排布圖；As原子4p軌道為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素的；
（3）元素的電負(fù)性越小，對(duì)孤電子對(duì)吸引越弱，越容易形成配位鍵；
（4）PCl₃中P原子形成3個(gè)P-Cl鍵，含有1對(duì)孤對(duì)電子，其空間結(jié)構(gòu)三角錐形，而等電子體的結(jié)構(gòu)相似；
原子半徑越小，原子之間形成的共價(jià)鍵越短；
（5）利用均攤法計(jì)算晶胞中含有Ga原子、As原子數(shù)目，可以確定其化學(xué)式；
As原子與周圍的4個(gè)Ga原子形成正四面體，As原子與晶胞頂點(diǎn)Ga原子連線處于晶胞題對(duì)角線上，且Ga原子與As原子之間的距離為晶胞體對(duì)角線長度的$\frac{1}{4}$倍，所以晶胞的體對(duì)角線為晶胞棱長的$\sqrt{3}$倍，結(jié)合晶胞中含有原子數(shù)目，表示出晶胞質(zhì)量，再根據(jù)m=ρV計(jì)算晶胞棱長．

解答 解：（1）N₄分子的空間構(gòu)型與P₄類似，4個(gè)N原子形成正四面體構(gòu)型，每個(gè)N原子形成3個(gè)N-N鍵，還含有1對(duì)孤對(duì)電子，雜化軌道數(shù)目為4，故N原子采取sp³雜化，每個(gè)面均為正三角形，故N-N鍵的鍵角為60°，
故答案為：sp³；60°；
（2）As元素處于第四周期VA族，價(jià)電子排布式為4s²4p³，價(jià)電子排布圖為：，
As原子4p軌道為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素的，故第一電離能：As＞Se＞Ge，
故答案為：；As＞Se＞Ge；
（3）P元素的電負(fù)性比N元素的小，P原子對(duì)孤電子對(duì)吸引更弱，容易給出孤對(duì)電子形成配位鍵，
故答案為：PH₃；
（4）PCl₃中P原子形成3個(gè)P-Cl鍵，含有1對(duì)孤對(duì)電子，其空間結(jié)構(gòu)三角錐形，而等電子體的結(jié)構(gòu)相似，SCl₃⁺的空間構(gòu)型是三角錐形，
S 原子半徑小于P原子半徑，故 S-Cl 鍵要比 P-Cl 鍵短
故答案為：三角錐形；S 原子半徑小于P原子半徑，故 S-Cl 鍵要比 P-Cl 鍵短；
（5）晶胞中含有Ga原子數(shù)為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，As原子數(shù)目為4，故化學(xué)式為GaAs，
As原子與周圍的4個(gè)Ga原子形成正四面體，As原子與晶胞頂點(diǎn)Ga原子連線處于晶胞題對(duì)角線上，且Ga原子與As原子之間的距離為晶胞體對(duì)角線長度的$\frac{1}{4}$倍，所以晶胞的體對(duì)角線為晶胞棱長的$\sqrt{3}$倍，晶胞質(zhì)量為4×$\frac{70+75}{{N}_{A}}$g，則晶胞棱長=$\root{3}{\frac{4×\frac{70+75}{{N}_{A}}}{ρg•c{m}^{-3}}}$=$\root{3}{\frac{580}{ρ{N}_{A}}}$cm，故a、b的距離為$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{580}{ρ{N}_{A}}}$cm=$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{580}{ρ{N}_{A}}}$×10¹⁰ pm，
故答案為：GaAs；$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{580}{ρ{N}_{A}}}$×10¹⁰．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及核外電子排布、雜化方式與空間構(gòu)型、電離能、配位鍵、晶胞計(jì)算計(jì)算等，（5）中距離計(jì)算為易錯(cuò)點(diǎn)、難點(diǎn)，注意利用過原子的平面將晶胞四等份確定ab距離與晶胞體對(duì)角線長度關(guān)系，需學(xué)生具備一定的空間想象與數(shù)學(xué)計(jì)算能力．