Question

11．第ⅤA族的氮、磷、砷（As）等元素在化合物中常表現出多種氧化態，含第ⅤA族元素的化合物在研究和生產中有許多重要用途．
（1）砷元素的基態原子價電子排布圖為．
（2）氮元素的單質除了N₂外，還有N₄，則N₄中的N原子的軌道雜化方式為sp³．
（3）對氨基苯甲醛與鄰氨基苯甲醛相比，沸點較高的是前者（填空“前者”或“后者”），原因是前者分子間形成氫鍵，而后者分子內形成氫鍵，因而前者沸點高．
（4）汽車安全氣囊的產生藥劑主要含有NaN₃、Fe₂O₃、KClO₄、NaHCO₃等物質，在NaN₃固體中，陰離子的立體構型為直線型．
（5）王水溶解黃金的反應如下：Au+HNO₃+4HCl=H[AuCl₄]+NO+2H₂O，產物中的H[AuCl₄]是配合物，它的配位體是Cl^-．
（6）砷化鎵屬于第三代半導體，它能直接將電能轉變為光能，砷化鎵燈泡壽命是變通燈泡的100倍，而耗能只有其10%．推廣砷化鎵等發光二極管（LED）照明，是節能減排的有效舉措．已知砷化鎵的晶胞結構如圖，晶胞參數α=565pm．
①砷化鎵的化學式GaAs，鎵原子的配位數為4．
②砷化鎵的晶胞密度=5.34g/cm³（列式并計算），m位置Ga原子與n位置As原子之間的距離為$\frac{1}{4}$×$\sqrt{3}$×565pm（列式表示）．

Answer 1

分析 （1）砷是33號元素，核外有4個電子層，最外層有5個電子，據此書寫基態原子價電子排布圖；
（2）N₄的結構與白磷（P₄）相似，每個N原子周圍連有三個N原子，形成三對共用電子對，另有一個孤電子對，據此答題；
（3）對氨基苯甲醛中分子之間能形成氫鍵，而鄰氨基苯甲醛分子之間不能形成氫鍵，據此答題；
（4）在NaN₃固體中，陰離子為N₃^-，離子中有16個價電子，所以與CO₂互為等電子體，根據等電子體結構相似判斷；
（5）在配合物中，能提供孤電子對的為配位體，據此判斷；
（6）①根據砷化鎵晶胞的結構圖，m位置Ga原子，n位置As原子，利用均攤法可知，晶胞中含有Ga原子數為$8×\frac{1}{8}+6×\frac{1}{2}$=4，含有As原子數為4，據此判斷其化學式，根據晶胞圖可知，鎵原子周圍距離最近的砷原子數為4，據此答題；
②晶胞的邊長為565pm，所以晶胞的體積為（565pm）³，根據$ρ=\frac{m}{V}$計算密度，晶胞的邊長為565pm，所以晶胞的體對角線為$\sqrt{3}$×565pm，m位置Ga原子與n位置As原子之間的距離應為晶胞體對角線的$\frac{1}{4}$，據此計算；

解答 解：（1）砷是33號元素，核外有4個電子層，最外層有5個電子，所以砷的基態原子價電子排布圖為，
故答案為：；
（2）N₄的結構與白磷（P₄）相似，每個N原子周圍連有三個N原子，形成三對共用電子對，另有一個孤電子對，所以N原子的軌道雜化方式為sp³，
故答案為：sp³；
（3）對氨基苯甲醛中分子之間能形成氫鍵，而鄰氨基苯甲醛分子之間不能形成氫鍵，所以對氨基苯甲醛的沸點高于鄰氨基苯甲醛，
故答案為：前者；前者分子間形成氫鍵，而后者分子內形成氫鍵，因而前者沸點高；
（4）在NaN₃固體中，陰離子為N₃^-，離子中有16個價電子，所以與CO₂互為等電子體，根據等電子體結構相似可知，N₃^-的立體構型為直線型，
故答案為：直線型；
（5）在配合物中，能提供孤電子對的為配位體，所以在H[AuCl₄]中，配位體是Cl^-，
故答案為：Cl^-；
（6）①根據砷化鎵晶胞的結構圖，m位置Ga原子，n位置As原子，利用均攤法可知，晶胞中含有Ga原子數為$8×\frac{1}{8}+6×\frac{1}{2}$=4，含有As原子數為4，其化學式為GaAs，根據晶胞圖可知，鎵原子周圍距離最近的砷原子數為4，所以鎵原子的配位數為4，
故答案為：GaAs；4；
②晶胞的邊長為565pm，所以晶胞的體積為（565pm）³，所以晶體的密度為$\frac{\frac{（70+75）×4}{{N}_{{\;}_{A}}}}{（565×10-10）^{3}}$g/cm³=5.34g/cm³，晶胞的邊長為565pm，所以晶胞的體對角線為$\sqrt{3}$×565pm，m位置Ga原子與n位置As原子之間的距離應為晶胞體對角線的$\frac{1}{4}$，所以Ga原子與As原子之間的距離為$\frac{1}{4}$×$\sqrt{3}$×565pm，
故答案為：5.34；$\frac{1}{4}$×$\sqrt{3}$×565．

點評 本題考查較綜合，涉及原子雜化方式的判斷、離子空間構型的判斷、氫鍵等知識點，根據價層電子對互斥理論確定原子雜化方式及空間構型，注意N₄分子的結構特點，為易錯點，題目難度中等．