Question

【題目】N、P、As等元素的化合物在生產(chǎn)和研究中有許多重要用途.請(qǐng)回答下列問(wèn)題:

（1）意大利羅馬大學(xué)的Cacace等人獲得了極具理論研究意義的N4分子,該分子的空間構(gòu)型與P4類似,其中氮原子的軌道雜化方式為______________________，N—N鍵的鍵角為______________________；

（2）基態(tài)砷原子的價(jià)電子排布圖為______________________，砷與同周期相鄰元素的第一電離能由大到小的順序?yàn)?/span>______________________；

（3）配位原子對(duì)孤對(duì)電子的吸引力越弱,配體越容易與過(guò)渡金屬形成配合物。PH3與NH3的結(jié)構(gòu)相似,和過(guò)渡金屬更容易形成配合物的是____________________(填“PH3”或“NH3”)。

（4）SCl3+和PCl3是等電子體,SCl3+的空間構(gòu)型是____________________；S—Cl鍵鍵長(zhǎng) ______P-Cl鍵鍵長(zhǎng)(填“＞”、“=”或“＜”),原因是____________________。

（5）砷化鎵為第三代半導(dǎo)體,以其為材料制造的燈泡壽命長(zhǎng),耗能少。已知立方砷化鎵晶胞的結(jié)構(gòu)如圖所示,砷化鎵的化學(xué)式為____________________。若該晶體的密度為ρg/cm3,設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值,則a、b的距離為_________pm(用含ρ和NA的代數(shù)式表示)。

Answer 1

【答案】sp3 60° As＞Se＞Ge PH3 三角錐形 < S 原子半徑小于P原子半徑,故S-Cl鍵要比P-Cl鍵短 GaAs

【解析】

（1）N4分子的空間構(gòu)型與P4類似，4個(gè)N原子形成正四面體構(gòu)型，每個(gè)N原子形成3個(gè)N-N鍵和1對(duì)孤對(duì)電子；

（2）As元素是第四周期VA族，價(jià)電子排布式為4s24p3，根據(jù)泡利原理、洪特規(guī)則畫出價(jià)電子排布圖；As原子4p軌道為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能比同周期相鄰元素的高；

（3）P元素的電負(fù)性比N元素的小，P原子對(duì)孤電子對(duì)吸引更弱，容易給出孤對(duì)電子形成配位鍵；

（4）PCl3中P原子形成3個(gè)P-Cl鍵，含有1對(duì)孤對(duì)電子，其空間結(jié)構(gòu)三角錐形，而等電子體的結(jié)構(gòu)相似；

原子半徑越小，原子之間形成的共價(jià)鍵越短；

（5）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原子連線處于晶胞體對(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1/4倍，所以晶胞的體對(duì)角線為晶胞棱長(zhǎng)的倍，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)m=ρV計(jì)算晶胞棱長(zhǎng)．

（1）N4分子的空間構(gòu)型與P4類似，4個(gè)N原子形成正四面體構(gòu)型，每個(gè)N原子形成3個(gè)N-N鍵，還含有1對(duì)孤對(duì)電子，雜化軌道數(shù)目為4，故N原子采取sp3雜化，每個(gè)面均為正三角形，故N-N鍵的鍵角為60°；

（2）As元素處于第四周期VA族，價(jià)電子排布式為4s24p3，價(jià)電子排布圖為：；As原子4p軌道為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素的，故第一電離能：As＞Se＞Ge；

（3）P元素的電負(fù)性比N元素的小，P原子對(duì)孤電子對(duì)吸引更弱，容易給出孤對(duì)電子形成配位鍵，即為：PH3；

（4）PCl3中P原子形成3個(gè)P-Cl鍵，含有1對(duì)孤對(duì)電子，其空間結(jié)構(gòu)三角錐形，而等電子體的結(jié)構(gòu)相似，SCl3＋的空間構(gòu)型是三角錐形，S 原子半徑小于P原子半徑，故 S-Cl 鍵要比 P-Cl 鍵短。

（5）晶胞中含有Ga原子數(shù)為8×1/8+6×1/2=4，As原子數(shù)目為4，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原子連線處于晶胞體對(duì)角線上，Ga原子與As原子之間的距離為晶胞體對(duì)角線長(zhǎng)度的1/4倍，所以晶胞的體對(duì)角線為晶胞棱長(zhǎng)的倍，晶胞質(zhì)量為4×(70+75)/NAg，則晶胞棱長(zhǎng)=，故a、b的距離為 。