Question

2．第ⅢA、ⅤA族元素組成的化合物AlN、AlP、AlAs等是人工合成的半導(dǎo)體材料，它們的晶體結(jié)構(gòu)與單晶硅相似，與NaCl的晶體類型不同．
（1）核電荷數(shù)比As小4的原子基態(tài)的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹或[Ar]3d¹⁰4s¹．
（2）前四周期元素中，基態(tài)原子中未成對(duì)電子與其所在周期數(shù)相同的元素有5種．
（3）NCl₃中心原子雜化方式為sp³雜化，NCl₃的空間構(gòu)型為三角錐形．
（4）在AlN晶體中，每個(gè)Al原子與4個(gè)N原子相連，AlN屬于原子晶體．
（5）設(shè)NaCl的摩爾質(zhì)量為M_r g•mol^-1，食鹽晶體的密度為ρ g•cm^-3，阿伏加德羅常數(shù)的值為N_A．食鹽晶體中兩個(gè)距離最近的鈉離子中心間的距離為$\frac{\sqrt{2}}{2}$×$\root{3}{\frac{4{M}_{r}}{ρN{\;}_{A}}}$cm．

Answer 1

分析 （1）核電荷數(shù)比As小4的原子為Cu，其原子核外有29個(gè)電子，根據(jù)構(gòu)造原理書寫其基態(tài)原子核外電子排布式；
（2）按照從第一到第四周期的順序，根據(jù)元素周期表中各元素結(jié)構(gòu)及未成對(duì)電子數(shù)進(jìn)行解答；
（3）類比NH₃可推知NCl₃中心原子雜化方式為sp³雜化，NCl₃的空間構(gòu)型為三角錐形；
（4）依據(jù)題干信息“它們的晶體結(jié)構(gòu)與單晶硅相似”，通過(guò)硅類推AlN的晶體類型為原子晶體；
（5）根據(jù)NaCl的摩爾質(zhì)量為M_r g•mol^-1及密度為ρ g•cm^-3，求得晶胞的體積，進(jìn)而求得棱邊長(zhǎng)，而兩個(gè)距離最近的鈉離子中心間的距離等于晶胞面對(duì)角線的一半．

解答 解：（1）核電荷數(shù)比As小4的原子為Cu，其原子核外有29個(gè)電子，基態(tài)的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹或[Ar]3d¹⁰4s¹；
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹或[Ar]3d¹⁰4s¹；
（2）第一周期中，有1個(gè)未成對(duì)電子的是氫原子，其電子排布式為1s¹；第二周期中，未成對(duì)電子是2個(gè)的有兩種分別為：C：1s²2s²2p²和O：1s²2s²2p⁴；第三周期中，未成對(duì)電子是3個(gè)的是P：1s²2s²2p⁶3s²3p³；第四周期中未成對(duì)電子是4個(gè)的是Fe：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，
故答案為：5；
（3）NH₃中心原子雜化方式為sp³雜化，NH₃的空間構(gòu)型為三角錐形，類比NH₃可推知NCl₃中心原子雜化方式為sp³雜化，NCl₃的空間構(gòu)型為三角錐形；
故答案為：sp³雜化；三角錐形；
（4）依據(jù)題干信息“它們的晶體結(jié)構(gòu)與單晶硅相似”，通過(guò)硅類推AlN的晶體類型為原子晶體，每個(gè)Al原子與4個(gè)N原子相連，故答案為：4；原子；
（5）設(shè)晶胞邊長(zhǎng)為a，在NaCl晶胞中，含4個(gè)Cl^-，含4個(gè)Na⁺，根據(jù)密度公式ρ=$\frac{\frac{4Mr}{{N}_{A}}}{{a}^{3}}$，可得a=$\root{3}{\frac{4{M}_{r}}{ρN{\;}_{A}}}$，所以晶胞面對(duì)角線長(zhǎng)為$\sqrt{2}$×$\root{3}{\frac{4{M}_{r}}{ρN{\;}_{A}}}$，而兩個(gè)距離最近的鈉離子中心間的距離等于晶胞面對(duì)角線的一半，所以兩個(gè)距離最近的鈉離子中心間的距離為$\frac{\sqrt{2}}{2}$×$\root{3}{\frac{4{M}_{r}}{ρN{\;}_{A}}}$，故答案為：$\frac{\sqrt{2}}{2}$×$\root{3}{\frac{4{M}_{r}}{ρN{\;}_{A}}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了核外電子排布、分子構(gòu)型和雜化方式、晶胞的計(jì)算等內(nèi)容，綜合性較強(qiáng)，難度中等，解題的關(guān)鍵要充分用好立體幾何的知識(shí)，發(fā)揮空間想象力，解決問(wèn)題．