Question

15．已知X、Y和Z三種元素的原子序數(shù)之和等于42．X元素原子的4p軌道上有3個(gè)未成對(duì)電子，Y元素原子的最外層2p軌道上有2個(gè)未成對(duì)電子．X跟Y可形成化合物X₂Y₃，Z元素可以形成負(fù)一價(jià)離子．元素M為第四周期元素，M原子核外最外層只有1個(gè)電子，其余各層電子均充滿．請(qǐng)回答下列問題：
（1）向MSO₄溶液中加入過量NaOH溶液生成離子[M（OH）₄]^2-．若不考慮空間構(gòu)型，則[M（OH）₄]^2-的結(jié)構(gòu)可用示意圖表示為；N₃^-和CO₂是等電子體，則N₃^-的結(jié)構(gòu)式為[N=N=N]^-．
（2）Y元素原子外圍電子排布圖為．
（3）X與Z可形成化合物XZ₃，該化合物的空間構(gòu)型為三角錐形．
（4）已知由元素X與鎵元素組成的化合物A為第三代半導(dǎo)體．已知化合物A的晶胞結(jié)構(gòu)與金剛石相似，其中X原子位于立方體內(nèi)，鎵原子位于立方體頂點(diǎn)和面心，請(qǐng)寫出化合物A的化學(xué)式GaAs；化合物A可由（CH₃）₃Ga和XZ₃在700℃下反應(yīng)制得，反應(yīng)的化學(xué)方程式為（CH₃）₃Ga+AsH₃$\frac{\underline{\;700℃\;}}{\;}$GaAs+3CH₄ ．
（5）已知鋁與鎵元素位于同一主族，金屬鋁屬立方晶系，其晶胞邊長(zhǎng)為405pm，密度是2.70g•cm^-3，通過計(jì)算確定其晶胞的類型面心立方最密堆積（填簡(jiǎn)單立方堆積、體心立方堆積或面心立方最密堆積）；晶胞中距離最近的鋁原子可看作是接觸的，計(jì)算鋁的原子半徑r（A1）=143.17pm．（計(jì)算結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后兩位；已知：405³≈6.64×10⁷，$\sqrt{2}$=1.414）

Answer 1

分析 X元素原子的4p軌道上有3個(gè)未成對(duì)電子，X元素原子的核外電子排布式為 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³，處于第四周期第ⅤA族，故X為As元素；Y元素原子的最外層2p軌道上有2個(gè)未成對(duì)電子，Y的2p軌道上有2個(gè)電子或4個(gè)電子，所以Y為碳元素或氧元素，X跟Y可形成化合物X₂Y₃，故Y為氧元素；X、Y和Z三種元素的原子序數(shù)之和等于42，則Z的質(zhì)子數(shù)為42-8-33=1，則Z為氫元素，氫原子可以形成負(fù)一價(jià)離子，符合題意．
（1）[Cu（OH）₄]^2-的中銅離子與氫氧根離子之間形成配位鍵，N₃^-和CO₂是等電子體，則N₃^-中N原子之間形成2對(duì)共用電子對(duì)；
（2）Y為O元素，原子外圍電子排布為2s²2p⁴，結(jié)合泡利不相容原理與洪特規(guī)則畫出外圍電子排布圖；
（3）X與Z可形成化合物AsH₃，空間結(jié)構(gòu)與氨氣結(jié)構(gòu)類似；
（4）As與鎵元素組成的化合物A的晶胞結(jié)構(gòu)與金剛石相似，其中As原子位于立方體內(nèi)，鎵原子位于立方體頂點(diǎn)和面心，晶胞中Ga原子數(shù)目=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4、As原子數(shù)目=4，故該化合物化學(xué)式為GaAs，由（CH₃）₃Ga和AsH₃在700℃下反應(yīng)制得，由原子守恒可知有甲烷生成；
（5）根據(jù)密度、晶胞邊長(zhǎng)計(jì)算每個(gè)晶胞中含有的鋁原子個(gè)數(shù)，根據(jù)鋁原子個(gè)數(shù)判斷晶胞類型，進(jìn)而計(jì)算鋁原子半徑．

解答 解：X元素原子的4p軌道上有3個(gè)未成對(duì)電子，X元素原子的核外電子排布式為 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³，處于第四周期第ⅤA族，故X為As元素；Y元素原子的最外層2p軌道上有2個(gè)未成對(duì)電子，Y的2p軌道上有2個(gè)電子或4個(gè)電子，所以Y為碳元素或氧元素，X跟Y可形成化合物X₂Y₃，故Y為氧元素；X、Y和Z三種元素的原子序數(shù)之和等于42，則Z的質(zhì)子數(shù)為42-8-33=1，則Z為氫元素，氫原子可以形成負(fù)一價(jià)離子，符合題意．
（1）[Cu（OH）₄]^2-的中銅離子與氫氧根離子之間形成配位鍵，其結(jié)構(gòu)可用示意圖表示，N₃^-和CO₂是等電子體，則N₃^-中N原子之間形成2對(duì)共用電子對(duì)，故其結(jié)構(gòu)式為[N=N=N]^-，
故答案為：；[N=N=N]^-；
（2）Y為O元素，原子外圍電子排布為2s²2p⁴，外圍電子排布圖為，
故答案為：；
（3）X與Z可形成化合物AsH₃，與氨氣結(jié)構(gòu)類似，該化合物的空間構(gòu)型為三角錐形，故答案為：三角錐形；
（4）金剛石的晶胞結(jié)構(gòu)為，As與鎵元素組成的化合物A的晶胞結(jié)構(gòu)與金剛石相似，其中As原子位于立方體內(nèi)，鎵原子位于立方體頂點(diǎn)和面心，晶胞中Ga原子數(shù)目=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4、As原子數(shù)目=4，故該化合物化學(xué)式為GaAs，由（CH₃）₃Ga和AsH₃在700℃下反應(yīng)制得，由原子守恒可知有甲烷生成，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：（CH₃）₃Ga+AsH₃$\frac{\underline{\;700℃\;}}{\;}$GaAs+3CH₄ ，
故答案為：GaAs；（CH₃）₃Ga+AsH₃$\frac{\underline{\;700℃\;}}{\;}$GaAs+3CH₄ ；
（5）晶胞質(zhì)量為2.70g•cm^-3×（405×10^-10cm）³，晶胞中Al原子數(shù)目為N（Al），則N（Al）×$\frac{27}{6.02×1{0}^{23}}$g=2.70g•cm^-3×（405×10^-10cm）³，解得N（Al）=4，該晶胞的每個(gè)頂點(diǎn)上和每個(gè)面上都含有一個(gè)Al原子，為面心立方晶胞；
面心立方晶胞中，每個(gè)面的對(duì)角線上三個(gè)原子緊挨著，所以對(duì)角線長(zhǎng)度=$\sqrt{2}$×405pm，對(duì)角線為四個(gè)Al原子半徑之和，所以每個(gè)鋁原子半徑=$\frac{1}{4}$×$\sqrt{2}$×405pm=143.17pm，
故答案為：面心立方最密堆積；143.17．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的考查，涉及配合物、核外電子排布、分子構(gòu)型、等電子體、晶胞有關(guān)計(jì)算等，晶胞的計(jì)算為難點(diǎn)、易錯(cuò)點(diǎn)，需要學(xué)生熟練掌握常見晶胞結(jié)構(gòu)、具有一定的空間想象與數(shù)學(xué)計(jì)算能力．