Question

（1）主族元素A的簡單陽離子不與任何原子具有相同的核外電子排布．元素B與氮元素同周期，B的原子序數大于氮，而第一電離能比氮的小．A與B形成兩種化合物A₂B₂和A₂B，其中B的雜化方式分別為

 

、

 

．A₂B、NH₃、SiH₄的鍵角由大到小依次為

 

（填化學式）．A₂B由液態形成晶體時密度減小，主要原因是

 

．
（2）新型無機材料在許多領域被廣泛應用．陶瓷發動機的材料選用氮化硅，它硬度高、化學穩定性高，是很好的高溫陶瓷材料．除氫氟酸外，氮化硅不與其他無機酸反應，抗腐蝕能力強．氮化硅的晶體類型是

 

，其中氮元素的化合價是

 

，氮化硅與氫氟酸反應的化學方程式為

 

．
（3）MgCO₃和CaCO₃都為離子晶體，熱分解的溫度分別為402℃和900℃，請根據結構與性質的關系說明它們熱分解溫度不同的原因

 

．
（4）砷化鎵廣泛用于雷達、電子計算機、人造衛星，宇宙飛船等尖端技術中．鎵的基 態原子價電子排布式為

 

，砷化鎵的晶胞結構與金剛石相似，其晶胞邊長為apm，則每立方厘米該晶體中所含砷元素的質量為

 

g（用N_A表示阿伏加德羅常數），該晶胞中Ga與As的最短距離為

 

cm．

Answer 1

考點：晶胞的計算,原子結構與元素的性質,原子軌道雜化方式及雜化類型判斷,不同晶體的結構微粒及微粒間作用力的區別

專題：化學鍵與晶體結構

分析：（1）先根據同一周期元素的第一電離能隨著原子序數的增大而增大，注意同一周期的第ⅡA元素的第一電離能大于第ⅢA族的，第ⅤA族的大于第ⅥA族的，元素B與氮元素同周期，B的原子序數大于氮，而第一電離能比氮的小，則元素B為O，然后根據價層電子對互斥理論確定中心原子雜化方式及粒子的空間構型，價層電子對個數=σ鍵個數+孤電子對個數，2個σ鍵個2個孤電子對采用sp³雜化，最后根據孤電子對與成鍵電子之間的作用力大，孤電子對越多，鍵角減小；根據冰中水分子之間存在氫鍵，構成空間四正面體網狀結構．
（2）根據原子晶體的熔沸點較高、硬度大；根據化合價代數和為零及電負性判斷化合價；氮化硅與氫氟酸反應生成四氟化硅和氨氣，據此書寫；
（3）晶格能的主要影響因素是離子電荷，電荷越高，晶格能越大．其次就是離子半徑，離子越小，晶格能越大，以此分析MgCO₃和CaCO₃分解產物MgO和CaO的晶格能大小；
（4）鎵是31號元素，原子核外電子數為31，根據核外電子排布規律書寫鎵的基態原子價電子電子排布式；先求出一個晶胞中砷元素的質量，再根據晶胞的體積求算；根據晶胞結構可知，晶胞中Ga與As的最短距離為晶胞體對角線的

1

4

，再根據晶胞的邊長可求得體對角線的長度，據此答題．

解答： 解：（1）由題意知：A為H，B為O；H與O形成兩種化合物H₂O₂和H₂O，其中O的價層電子對個數都等于=σ鍵個數+孤電子對個數=2+2=4，采用sp³雜化；H₂O、NH₃、SiH₄中中心原子的價層電子對個數分別為2+2=4，3+1=4，4+0=4，都采用sp³雜化，軌道構型為正四面體，鍵角為109.5°，由于H₂O、NH₃中中心原子分別存在2對、1對孤電子對，使得角減小，孤電子對越多，鍵角減小，所以鍵角由大到小依次為：SiH₄、NH₃、H₂O；冰中水分子之間存在氫鍵，每個水分子與4個水分子形成氫鍵，構成空間四正面體網狀結構，水分子空間利用率低，密度反而減小．
故答案為：sp³；sp³；SiH₄、NH₃、H₂O；形成晶體時每個水分子與4個水分子形成氫鍵，構成空間四正面體網狀結構，水分子空間利用率低，密度反而減小；
（2）氮化硅硬度大、化學穩定性強，是很好的高溫陶瓷材料，則氮化硅為原子晶體；因為氮原子最外層有5個電子，硅原子最外層有4個電子，要形成共價鍵，雙方都達到八電子穩定結構，化學式應為Si₃N₄，氮的電負性大于硅，所以氮顯-3價，氮化硅與氫氟酸反應生成四氟化硅和氨氣，反應方程式為：Si₃N₄+12HF=3SiF₄↑+4NH₃↑；
故答案為：原子晶體；-3；Si₃N₄+12HF=3SiF₄↑+4NH₃↑；
（3）由MgCO₃和CaCO₃都為離子晶體，MgCO₃和CaCO₃離子所帶電荷相等，由于Mg²⁺半徑小于Ca²⁺半徑，所以MgO晶格能大于CaO晶格能，所以Mg²⁺比Ca²⁺更易與碳酸根離子中的氧離子結合，使碳酸根離子分解為CO₂．
故答案為：Mg²⁺半徑小于Ca²⁺半徑，固體MgO晶格能大于CaO晶格能，所以Mg²⁺比Ca²⁺更易與碳酸根離子中的氧離子結合，使碳酸根離子分解為CO₂；
（4）鎵是31號元素，原子核外電子數為31，鎵的基態原子價電子電子排布式4S²4P¹；由砷化鎵的晶胞結構圖可知一個晶胞中含有4個As原子，一個晶胞中砷元素的質量為

75×4

N A

=

300

NA

g，晶胞的體積為（a×10^-10）³cm³，則每立方厘米該晶體中所含砷元素的質量為

300 N A

(a×10-10)3

=

3×1032

NA×a3

；根據晶胞結構可知，晶胞中Ga與As的最短距離為晶胞體對角線的

1

4

，因為晶胞的邊長為apm，所以晶胞中Ga與As的最短距離為

3 a×10-10

4

cm；
故答案為：4S²4P¹；

3×1032

NA×a3

；

3 a×10-10

4

．

點評：本題考查了雜化方式的判斷、氫鍵對物理性質、晶體的類型判斷、電子排布式以及氫鍵等知識，本題的易錯點為晶胞的有關計算，注意有關知識的積累．