Question

10．已知A、B、C、D、E、F都是元素周期表中前四周期的元素，它們的核電荷數依次遞增．B原子的P軌道半充滿，形成氫化物的沸點是同主族元素的氫化物中最低的．D原子得到一個電子后3P軌道全充滿．A⁺比D原子形成的離子少一個電子層．C與A形成A₂C型離子化合物．E的原子序數為31，F與B屬同一主族，E與F形成的化合物常用于制造半導體．根據以上信息，回答下列問題：
（1）A、B、C、D的第一電離能由小到大的順序為Na＜S＜P＜Cl（用元素符號表示）．
（2）化合物BD₃的分子空間構型是三角錐形．
（3）上海世博會場館，大量的照明材料或屏幕都使用了發光二極管（LED），其材料是E與F形成的化合物甲（屬于第三代半導體），用它制造的燈泡壽命是普通燈泡的100倍，而耗能只有其10%．化合物甲的晶胞結構如圖（白球代表F，黑球代表E）．試回答：
①該晶胞中所包含的F原子（白色球）個數為4．
②與同一個E原子相連的F原子構成的空間構型為正四面體．
③下列說法正確的是BCD．
A．該晶胞結構與NaCl相同   B．半導體EB與EF互為等電子體
C．電負性：F＞E             D．EF晶體中含有配位鍵
④（CH₃）₃E中E原子的雜化方式為sp²．
⑤該晶體中緊鄰的F原子之間與緊鄰的F、E兩原子之間距離的比值為$\frac{2\sqrt{6}}{3}$（寫出計算過程）

Answer 1

分析 A、B、C、D、E、F都是元素周期表中前四周期的元素，它們的核電荷數依次遞增；D原子得到一個電子后3p軌道全充滿，則D為Cl元素；A⁺比D原子形成的離子少一個電子層，則A是Na元素；B原子的p軌道半充滿，形成氫化物的沸點是同主族元素的氫化物中最低的，則B是P元素；C與A形成A₂C型離子化合物，C原子序數大于B而小于D，則C是S元素；E的原子序數為31，則E是Ga元素；F與B屬同一主族，E與F形成的化合物常用于制造半導體，則F是As元素，再結合題目分析解答

解答 解：A、B、C、D、E、F都是元素周期表中前四周期的元素，它們的核電荷數依次遞增；D原子得到一個電子后3p軌道全充滿，則D為Cl元素；A⁺比D原子形成的離子少一個電子層，則A是Na元素；B原子的p軌道半充滿，形成氫化物的沸點是同主族元素的氫化物中最低的，則B是P元素；C與A形成A₂C型離子化合物，C原子序數大于B而小于D，則C是S元素；E的原子序數為31，則E是Ga元素；F與B屬同一主族，E與F形成的化合物常用于制造半導體，則F是As元素，
（1）同一周期元素，元素第一電離能隨著原子序數增大而呈增大趨勢，但第IIA族、第VA族元素第一電離能大于其相鄰元素，所以這幾種元素第一電離能從小到大順序是Na＜S＜P＜Cl，故答案為：Na＜S＜P＜Cl； 
（2）化合物PCl₃的分子中，P原子價層電子對個數為4且含有一個孤電子對，所以其空間構型是三角錐形結構，故答案為：三角錐形；
（3）①該晶胞中，F原子個數=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，故答案為：4；
②如圖所示與同一個E原子相連的F原子構成的空間構型為正四面體，故答案為：正四面體；
③該晶胞中E是Ga、F是As原子，As原子個數是4、Ga原子個數=4，所以其化學式為GaAs，
A．氯化鈉晶體中Na離子配位數是6，該晶胞中Ga原子配位數是4，所以該晶胞結構與NaCl不同，故錯誤； 
B．電負性：As＞Ga，故正確；
C．該晶體中As含有孤電子對、Ga含有空軌道，所以含有配位鍵，故正確； 
D．等電子體原子個數相等且價電子數相等，所以半導體GaP與GaAs互為等電子體，故正確；
故選BCD；
④（CH₃）₃Ga中Ga原子價層電子對個數是3且不含孤電子對，所以Ga的雜化方式為sp²，故答案為：sp²；
⑤根據晶胞結構可知，以E原子為中心，4個F原子構成正四面體，設晶胞參數為a，則緊鄰的As原子核間距為2倍As原子半徑，即$\frac{\sqrt{2}}{2}$a，而緊鄰As、Ga間距離想象為一個正方體內接正四面體，經過簡單計算可知正四面體體心為正方體體心，位于正方體體對角線中點處，把上述晶胞拆成8個等大的小立方體，可以發現其中4個的體心位置有Ga原子填充，小立方體的棱長為0.5a，則其體對角線長是$\frac{\sqrt{3}}{2}$a，可得As、Ga間距為$\frac{\sqrt{3}}{4}$a，綜上所訴，該晶體中緊鄰的F原子之間與緊鄰的F、E兩原子之間距離的比值為$\frac{2\sqrt{6}}{3}$，
故答案為：$\frac{2\sqrt{6}}{3}$．

點評 該題是高考中的常見題型和考點，屬于中等難度試題的考查，試題綜合性強，側重對學生能力的培養和訓練，有利于培養學生的邏輯推理能力、自學能力和知識的遷移能力，難點是晶胞計算，題目難度中等．