Question

12．硼（B）、鋁（Al）、鎵（Ga）均屬于硼族元素（第ⅢA族），它們的化合物或單質都有重要用途．回答下列問題：
（1）寫出基態(tài)鎵原子的電子排布式1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p¹．
（2）已知：無水氯化鋁在178℃升華，它的蒸氣是締合的雙分于（Al₂Cl₆），結構如圖1締合雙分子Al₂Cl₆中Al原子的軌道雜化類型是sp³．
（3）B原子的電子有3個不同的能級；晶體硼熔點為2300℃，則其為原子晶體．
（4）磷化硼（BP）是一種有價值的耐磨硬涂層材料，它是通過在高溫氫氣氛圍下（＞750℃）三溴化硼和三溴化磷反應制得．BP晶胞如圖2所示．
①畫出三溴化硼和三溴化磷的空間結構式．
三溴化硼三溴化磷
②在BP晶胞中B的堆積方式為面心立方最密堆積．
③計算當晶胞晶格參數為apm（即圖中立方體的每條邊長為apm）時，磷化硼中硼原子和磷原子之間的最近距離$\frac{\sqrt{3}a}{4}$pm．

Answer 1

分析 （1）Ga處于第四周期第ⅢA族，結合能量最低原理書寫核外電子排布式；
（2）雙分子Al₂Cl₆中Al原子形成4個σ鍵，沒有孤對電子，雜化軌道數目為4；
（3）B原子核外電子排布式為1s²2s²2p¹；晶體硼熔點為2300℃，熔點很高，屬于原子晶體；
（4）①BBr₃中硼原子的價層電子對數為3+$\frac{3-1×3}{2}$=3，沒有孤電子對，所以分子空間構型為平面三角形；PBr₃中磷原子的價層電子對數為3+$\frac{5-1×3}{2}$=4，P原子有一對孤電子對，所以分子空間構型為三角錐形；
②由晶胞結構可知，在BP晶胞中B的堆積方式為面心立方最密堆積；
③P原子與周圍的4個B原子最近且形成正四面體結構，二者連線處于體對角線上，磷化硼中硼原子和磷原子之間的最近距離為體對角線的$\frac{1}{4}$．

解答 解：（1）Ga處于第四周期第ⅢA族，根據能量最低原理，其核外電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p¹，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p¹；
（2）由雙分子Al₂Cl₆的結構可知，分子中Al原子形成4個σ鍵，沒有孤對電子，雜化軌道數目為4，Al原子采取sp³雜化，
故答案為：sp³；
（3）B原子核外電子排布式為1s²2s²2p¹，有3個不同的能級，晶體硼熔點為2300℃，熔點很高，屬于原子晶體，
故答案為：3；原子；
（4）①BBr₃中硼原子的價層電子對數為3+$\frac{3-1×3}{2}$=3，沒有孤電子對，所以分子空間構型為平面三角形，結構式為；PBr₃中磷原子的價層電子對數為3+$\frac{5-1×3}{2}$=4，P原子有一對孤電子對，所以分子空間構型為三角錐形，結構式為：，
故答案為：；；
②由晶胞結構可知，B原子處于晶胞頂點與面心，在BP晶胞中B的堆積方式為面心立方最密堆積，
故答案為：面心立方最密堆積；
③P原子與周圍的4個B原子最近且形成正四面體結構，二者連線處于體對角線上，為體對角線的$\frac{1}{4}$，立方體的每條邊長為a pm，則晶胞體對角線長為$\sqrt{3}$a pm，則P原子與B原子最近距離為$\sqrt{3}$a pm×$\frac{1}{4}$=$\frac{\sqrt{3}a}{4}$pm，
故答案為：$\frac{\sqrt{3}a}{4}$pm．

點評 本題是對物質結構與性質的考查，涉及核外電子排布、雜化方式判斷、分子結構、晶胞結構與計算等，（4）中晶胞中原子距離計算為易錯點、難點，需要學生具備一定的空間想象與數學計算能力，難度中等．