Question

10．第四周期中的18中元素具有重要的用途，在現代工業中備受青睞．
（1）鉻是一種硬二脆，抗腐蝕性強的金屬，常用于電鍍和制造特種鋼．基態Cr原子中，電子占據最高能層的符號為N，該能層上具有的原子軌道數為16，電子數為1，
（2）第四周期元素的第一電離能隨原子序數的增大，總趨勢是逐漸增大的，₃₀Zn與₃₁Ga的第一電離能是否符合這一規律？否（填“是”或“否”），原因是₃₀Zn的4s能級有2個電子，處于全滿狀態，較穩定（如果前一問填“是”，此問可以不答）
（3）鎵與第VA族元素可形成多種新型人工半導體材料，砷化鎵（GaAs）就是其中一種，其晶體結構如下圖所示（白色球代表As原子）．在GaAs晶體中，每個Ga原子與4個As原子相連，與同一個Ga原子相連的As原子構成的空間構型為正四面體；
（4）與As同主族的短周期元素是N、P．AsH₃中心原子雜化的類型sp3；一定壓強下將AsH₃和NH₃．PH₃的混合氣體降溫是首先液化的是NH₃，理由是NH₃分子之間有氫鍵，沸點較高；
（5）鐵的多種化合物均為磁性材料，氮化鐵石期中一種，某氮化鐵的井胞結構如圖所示，則氮化鐵的化學式為Fe₄N；設晶胞邊長為acm，阿伏加德羅常數為N_A，該晶體的密度為$\frac{238}{{N}_{A}{a}^{3}}$g．cm^-3（用含a和N_A的式子表示）

Answer 1

分析 （1）根據鉻的核外電子排布規律可知，鉻在最外層是N層，有2個電子，據此答題；
（2）原子的最外層電子數處于半滿或全滿時，是一種穩定結構，此時原子的第一電離能都高于同周期相鄰的元素；
（3）根據晶胞結構圖，砷化鎵結構中，As位于晶胞的面心和頂點上，Ga位于由四個As原子形成的四面體的體心，據此判斷；
（4）與As同主族的短周期元素是N、P，所經AsH₃的結構應與NH₃相似，NH₃分子之間有氫鍵，沸點較高；
（5）根據均攤法在氮化鐵晶胞中，含有N原子數為1，Fe原子數為$1×\frac{1}{8}+6×\frac{1}{2}$=4，進而確定氮化鐵的化學式，根據$ρ=\frac{m}{V}$計算密度；

解答 解：（1）鉻的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹，所以鉻在最外層是N層，有1個電子，N層上原子軌道為spdf四種，共有軌道數為1+3+5+7=16，
故答案為：N；16；1；
（2）原子的最外層電子數處于半滿或全滿時，是一種穩定結構，此時原子的第一電離能都高于同周期相鄰的元素，₃₀Zn的4s能級有2個電子，處于全滿狀態，較穩定，所以₃₀Zn與₃₁Ga的第一電離能不符合逐漸增大的規律，
故答案為：否；₃₀Zn的4s能級有2個電子，處于全滿狀態，較穩定；
（3）根據晶胞結構圖，砷化鎵結構中，As位于晶胞的面心和頂點上，Ga位于由四個As原子形成的四面體的體心，所以每個Ga原子與4個As原子相連，與同一個Ga原子相連的As原子構成的空間構型為正四面體，
故答案為：4；正四面體；
（4）氨分子中氮原子按sp3方式雜化，N與As同主族，所經AsH₃的結構應與NH₃相似，AsH₃中心原子雜化的類型為sp3，NH₃分子之間有氫鍵，沸點較高，所以一定壓強下將AsH₃和NH₃．PH₃的混合氣體降溫是首先液化的是NH₃，
故答案為：sp3；NH₃；NH₃分子之間有氫鍵，沸點較高；
（5）根據均攤法在氮化鐵晶胞中，含有N原子數為1，Fe原子數為$1×\frac{1}{8}+6×\frac{1}{2}$=4，所以氮化鐵的化學式Fe₄N，晶胞的體積為a³cm³，所以$ρ=\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{14+56×4}{{N}_{A}}}{{a}^{3}}$g．cm^-3=$\frac{238}{{N}_{A}{a}^{3}}$g．cm^-3，
故答案為：Fe₄N；$\frac{238}{{N}_{A}{a}^{3}}$；

點評 本題考查較為綜合，原子結構、第一電離能、晶胞的結構及晶體計算、氫鍵等知識，題目難度中等，注意原子核外電子排布與物質性質的關系，當價層電子軌道處于全空、全充滿、半充滿時，較穩定．