Question

7．氮族元素和硼族元素在生產(chǎn)生活中有很重要的地位．
（1）寫出硼族元素Ga的基態(tài)原子核外電子排布式1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p¹．
（2）NF₃的分子構(gòu)型為三角錐形，NO₃^-的空間構(gòu)型為平面三角形，1mol NO₃^-中含有的σ鍵的數(shù)目為：3N_A．
（3）氮化硼的立方結(jié)晶的變體被認(rèn)為是已知的最硬的物質(zhì)．BN的晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相似，其中B原子的雜化方式為sp³．
（4）元素第一電離能的大�。篈s＞（填“＜”“＞”或“=”）Ga，原因是As與Ga位于同一周期，分別為ⅤA與ⅢA族，As的p軌道處于半充滿的穩(wěn)定狀態(tài)，故第一電離能：As＞Ga．
（5）相同條件下，在水中的溶解度：NH₃＞（填“＜”“＞”或“=”）PH₃，原因是NH₃分子與水分子之間能夠形成氫鍵．
（6）已知立方砷化鎵晶胞的結(jié)構(gòu)如圖所示，其晶胞邊長(zhǎng)為c pm．則砷化鎵的化學(xué)式為GaAs，晶胞中As原子和它最近的Ga原子之間的距離為$\frac{\sqrt{3}c}{4}$pm（用含c的式子表示），砷化鎵的密度為$\frac{5.8×1{0}^{32}}{{c}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3（設(shè)N_A為阿伏加德羅常數(shù)的值，用含c、N_A的式子表示，原子量：Ga-70，As-75）．

Answer 1

分析 （1）Ga元素原子核外電子數(shù)為31，根據(jù)能量最低原理書寫核外電子排布式；
（2）NF₃中N原子孤電子對(duì)數(shù)=$\frac{5-1×3}{2}$=1，價(jià)層電子對(duì)數(shù)=3+1=4；NO₃^-中N原子孤電子對(duì)數(shù)=$\frac{5+1-2×3}{2}$=0，價(jià)層電子對(duì)數(shù)=3+0=3，1mol NO₃^-中含有3mol σ鍵；
（3）BN的晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相似，B原子與N原子之間形成4個(gè)B-N（其中1個(gè)為配位鍵），雜化軌道數(shù)目為4；
（4）同周期隨原子序數(shù)增大，元素第一電離能呈增大趨勢(shì)，且As元素原子的p軌道為半滿穩(wěn)定狀態(tài)；
（5）NH₃分子與水分子之間能夠形成氫鍵，增大溶解性；
（6）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(zhǎng)度的$\frac{1}{4}$倍，所以晶胞的體對(duì)角線為晶胞棱長(zhǎng)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)ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算密度．

解答 解：（1）Ga元素原子核外電子數(shù)為31，核外電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p¹，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p¹；
（2）NF₃中N原子孤電子對(duì)數(shù)=$\frac{5-1×3}{2}$=1，價(jià)層電子對(duì)數(shù)=3+1=4，為三角錐形；NO₃^-中N原子孤電子對(duì)數(shù)=$\frac{5+1-2×3}{2}$=0，價(jià)層電子對(duì)數(shù)=3+0=3，為平面三角形，1mol NO₃^-中含有3mol σ鍵，即含有3N_A個(gè)σ鍵，
故答案為：三角錐形；平面三角形；3N_A；
（3）BN的晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相似，B原子與N原子之間形成4個(gè)B-N（其中1個(gè)為配位鍵），雜化軌道數(shù)目為4，故B原子采取雜化，
故答案為：sp³；
（4）As與Ga位于同一周期，分別為ⅤA與ⅢA族，As的p軌道處于半充滿的穩(wěn)定狀態(tài)，故第一電離能：As＞Ga，
故答案為：＞；As與Ga位于同一周期，分別為ⅤA與ⅢA族，As的p軌道處于半充滿的穩(wěn)定狀態(tài)，故第一電離能：As＞Ga；
（5）NH₃分子與水分子之間能夠形成氫鍵，在水中的溶解度：NH₃＞PH₃，
故答案為：＞；NH₃分子與水分子之間能夠形成氫鍵；
（6）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(zhǎng)度的$\frac{1}{4}$倍，所以晶胞的體對(duì)角線為晶胞棱長(zhǎng)的$\sqrt{3}$倍，則Ga原子與As原子之間的距離為$\frac{\sqrt{3}c}{4}$ pm，
晶胞質(zhì)量為4×$\frac{70+75}{{N}_{A}}$g，則晶胞密度為4×$\frac{70+75}{{N}_{A}}$g÷（c×10^-10 cm）³=$\frac{5.8×1{0}^{32}}{{c}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3，
故答案為：GaAs；$\frac{\sqrt{3}c}{4}$；$\frac{5.8×1{0}^{32}}{{c}^{3}{N}_{A}}$．

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、氫鍵、晶胞計(jì)算計(jì)算等，（6）中距離計(jì)算為易錯(cuò)點(diǎn)、難點(diǎn)，需學(xué)生具備一定的數(shù)學(xué)計(jì)算能力．