Question

4．第ⅤA族的氮、磷、砷（As）等元素在化合物中常表現(xiàn)出多種氧化態(tài)，含第ⅤA族元素的化合物在研究和生產(chǎn)中有許多重要用途．
（1）砷元素的基態(tài)原子價(jià)電子排布圖為．
（2）科學(xué)家發(fā)現(xiàn)氮元素的單質(zhì)除了N₂外，還有N₄，則N₄中的N原子的軌道雜化方式為sp³．
（3）汽車安全氣囊的產(chǎn)生藥劑主要含有NaN₃、Fe₂O₃、KClO₄、NaHCO₃等物質(zhì)，在NaN₃固體中陰離子的立體構(gòu)型直線形．
（4）王水溶解黃金的反應(yīng)如下：Au+HNO₃+4HCl=H[AuCl₄]+NO↑+2H₂O，產(chǎn)物中的H[AuCl₄]是配合物，它的配位體是Cl^-．
（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�，砷化鎵燈泡壽命是變通燈泡�?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，晶胞棱長(zhǎng)為apm．
①砷化鎵的化學(xué)式GaAs，鎵原子的配位數(shù)為4．
②砷化鎵的晶胞中m位置Ga原子與n位置As原子之間的距離為$\frac{\sqrt{3}a}{4}$pm （用含“a”的表達(dá)式表示）

Answer 1

分析 （1）As元素處于的第四周期VA族；
（2）N₄的結(jié)構(gòu)與白磷（P₄）相似，每個(gè)N原子周圍連有三個(gè)N原子，形成三對(duì)共用電子對(duì)，另有一個(gè)孤電子對(duì)；
（3）在NaN₃固體中，陰離子為N₃^-，離子中有16個(gè)價(jià)電子，所以與CO₂互為等電子體，根據(jù)等電子體結(jié)構(gòu)相似判斷；
（4）在配合物中，中心原子或離子含有空軌道，配位體含有孤對(duì)電子；
（5）①根據(jù)砷化鎵晶胞的結(jié)構(gòu)圖，m位置Ga原子，n位置As原子，利用均攤法可知，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原子配位數(shù)為4，結(jié)合化學(xué)式判斷鎵原子的配位數(shù)；
②Ga原子與As原子之間的距離應(yīng)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．

解答 解：（1）As元素處于的第四周期VA族，所以砷的基態(tài)原子價(jià)電子排布圖為，
故答案為：；
（2）N₄的結(jié)構(gòu)與白磷（P₄）相似，每個(gè)N原子周圍連有三個(gè)N原子，形成三對(duì)共用電子對(duì)，另有一個(gè)孤電子對(duì)，所以N原子的軌道雜化方式為sp³，
故答案為：sp³；
（3）在NaN₃固體中，陰離子為N₃^-，離子中有16個(gè)價(jià)電子，所以與CO₂互為等電子體，根據(jù)等電子體結(jié)構(gòu)相似可知，N₃^-的立體構(gòu)型為直線形，
故答案為：直線形；
（4）在配合物中，能提供孤電子對(duì)的為配位體，所以在H[AuCl₄]中，配位體是Cl^-，
故答案為：Cl^-；
（5）①m位置Ga原子，n位置As原子，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，As原子配位數(shù)為4，則鎵原子的配位數(shù)為4；
故答案為：GaAs；4；
②Ga原子與As原子之間的距離應(yīng)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m位置Ga原子與n位置As原子之間的距離為$\frac{\sqrt{3}a}{4}$pm，
故答案為：$\frac{\sqrt{3}a}{4}$．

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、配合物、晶胞計(jì)算計(jì)算等，注意N₄分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為易錯(cuò)點(diǎn)，題目難度中等．