Question

氮族元素的單質(zhì)及其化合物的應(yīng)用較為廣泛．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）Li₃N 晶體中氮以 N^3-存在，基態(tài)N^3-的電子排布式為

 

．
（2）已知N≡N的鍵能為 942kJ?mol^-1，N-N 單鍵的鍵能為247kJ?mol^-1，說(shuō)明N₂分子中的

 

鍵比

 

鍵穩(wěn)定（選填“σ”或“π”）．
（3）（CH₃）₃ NH⁺ 和AlCl₄^-可形成離子液體．離子液體由陰、陽(yáng)離子組成，熔點(diǎn)低于100℃，其揮發(fā)性一般比有機(jī)溶劑

 

（填“大”或“小”），可用作

 

（填代號(hào)）．
a．助燃劑      b．“綠色”溶劑     c．復(fù)合材料     d．絕熱材料
（4）已知 x⁺中所有電子正好充滿 K、L、M三個(gè)電子層，它與N^3-形成的晶體結(jié)構(gòu)如圖1所示．則X的元素符號(hào)是

 

，與同一個(gè)N^3-相連的x⁺共有

 

個(gè)．
（5）砷化鎵屬于第三代半導(dǎo)體，它能直接將電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽�，砷化鎵燈泡壽命是普通燈泡�?00倍，而耗能只有其10%，推廣砷化鎵等發(fā)光二極管（LED）照明，是節(jié)能減排的有效舉措，已知砷化鎵的晶胞結(jié)構(gòu)如圖2所示．
①下列說(shuō)法正確的是

 

（選填序號(hào)）．
A．砷化鎵晶胞結(jié)構(gòu)與NaCl相同          B．第一電離能：As＞Ga
C．電負(fù)性：As＞Ga                     D．砷和鎵都屬于p區(qū)元素
E．半導(dǎo)體GaP、SiC與砷化鎵為等電子體
②砷化鎵的制備方法是將（CH₃）₃Ga和AsH₃在700℃的密閉容器中進(jìn)行，反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

；AsH₃分子的空間形狀為

 

；（CH₃）₃Ga中鎵原子雜化方式為

 

．
③Ga原子核外的價(jià)電子排布式為

 

．
④AsH₃沸點(diǎn)比NH₃低，其原因是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：原子核外電子排布,鍵能、鍵長(zhǎng)、鍵角及其應(yīng)用,晶胞的計(jì)算,原子軌道雜化方式及雜化類(lèi)型判斷,不同晶體的結(jié)構(gòu)微粒及微粒間作用力的區(qū)別

專(zhuān)題：化學(xué)鍵與晶體結(jié)構(gòu)

分析：（1）N^3-離子原子核外共有10個(gè)電子，根據(jù)能量最低原理可寫(xiě)出電子排布式；
（2）N≡N中含有2個(gè)π鍵，1個(gè)σ鍵，已知N≡N鍵能為942kJ/mol，N-N單鍵鍵能為247kJ/mol，則1個(gè)π鍵的鍵能為

942-247

2

kJ/mol=347.5kJ/mol，以此判斷；
（3）離子液體中的作用力是離子鍵，盡管微弱但強(qiáng)于氫鍵和分子間作用力，以此解答；
（4）先手判斷X為Cu元素，利用均攤法計(jì)算．
（5）①A．對(duì)比GaAs與NaCl中陰陽(yáng)離子在晶胞中的分布可判斷晶胞結(jié)構(gòu)是否一樣；
B．同周期元素從左到右第一電離能逐漸增大；
C．同周期元素從左到右電負(fù)性逐漸增大；
D．根據(jù)砷和鎵的價(jià)層電子特點(diǎn)判斷；
E．等電子體的價(jià)層電子數(shù)相等；
②根據(jù)反應(yīng)物、生成物結(jié)合反應(yīng)條件可書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式；利用價(jià)層電子對(duì)互斥模型判斷分子的空間構(gòu)型可雜化方式；
③根據(jù)能量最低原理書(shū)寫(xiě)電子排布式；
④從是否形成氫鍵的角度分析．

解答： 解：（1）N原子原子序數(shù)為7，N^3-離子原子核外共有10個(gè)電子，且最外層達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，根據(jù)能量最低原理可寫(xiě)出電子排布式為1S²2S²2P⁶，
故答案為：1S²2S²2P⁶；
（2）N≡N中含有2個(gè)π鍵，1個(gè)σ鍵，已知N≡N鍵能為942kJ/mol，N-N單鍵鍵能為247kJ/mol，則1個(gè)π鍵的鍵能為

942-247

2

kJ/mol=347.5kJ/mol，則N₂中的π鍵鍵能大于σ鍵鍵能，較穩(wěn)定，
故答案為：π；σ；
（3）離子液體中的作用力是離子鍵，盡管微弱但強(qiáng)于氫鍵和分子間作用力，所以其揮發(fā)性就小，不會(huì)污染環(huán)境，是“綠色”溶劑，
故答案為：��；b；
（4）X⁺所含電子=2+8+18=28，所以X為29號(hào)Cu元素，從圖上看○少●多，結(jié)合X₃N知，○為N^3-，以頂角上的○為中心，距離最近的X⁺有3個(gè)．構(gòu)成一個(gè)完整的三維空間需8個(gè)這樣的立方體，則每個(gè)N^3-周?chē)�有X⁺：8×3×

1

4

=6個(gè)（棱上原子為4個(gè)晶胞所共用，所以每個(gè)原子在此晶胞中為

1

4

份），
故答案為：Cu；6．
（5）①A．GaAs晶體中As分布于晶胞體心，Ga分布于頂點(diǎn)和面心，而NaCl中陰陽(yáng)離子分別位于晶胞的頂點(diǎn)、面心以及棱和體心，二者結(jié)構(gòu)不同，故A錯(cuò)誤；
B．同周期元素從左到右第一電離能逐漸增大，則第一電離能：As＞Ga，故B正確；
C．同周期元素從左到右電負(fù)性逐漸增大，則電負(fù)性：As＞Ga，故C正確；
D．砷和鎵的價(jià)層電子都為sp電子，位于周期表p區(qū)，故D正確；
E．GaP的價(jià)層電子為3+5=8，SiC的價(jià)層電子為4+4=8，GaAs價(jià)層電子數(shù)為3+5=8，則為等電子體，故E正確；
故答案為：BCDE；
②反應(yīng)為（CH₃）₃Ga和AsH₃，生成為GaAs，根據(jù)質(zhì)量守恒可知還應(yīng)有和CH₄，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：（CH₃）₃Ga+AsH₃

700℃

GaAs+3CH₄，AsH₃中含有3個(gè)δ鍵和1個(gè)孤電子對(duì)，為三角錐形，（CH₃）₃Ga中Ga形成3個(gè)δ鍵，沒(méi)有孤電子對(duì)，為sp²雜化，
故答案為：（CH₃）₃Ga+AsH₃

700℃

GaAs+3CH₄；三角錐；sp²；
③Ga的原子序數(shù)為31，核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p¹，價(jià)電子排布式為4s²4p¹，故答案為：4s²4p¹；
④N原子半徑較小，電負(fù)性較大，對(duì)應(yīng)的NH₃分子間能形成氫鍵，沸點(diǎn)較高，而As電負(fù)性小，半徑大，分子間不能形成氫鍵，沸點(diǎn)較低，
故答案為：NH₃分子間能形成氫鍵，而As電負(fù)性小，半徑大，分子間不能形成氫鍵．

點(diǎn)評(píng)：本題考查較為綜合，涉及元素周期律的遞變規(guī)律、分子空間構(gòu)型以及雜化類(lèi)型的判斷、電子排布式以及氫鍵等知識(shí)，題目難度較大，注意相關(guān)基礎(chǔ)的把握和方法的積累．