Question

【題目】物質結構與性質分釩、砷均屬于第四周期元素，最高正價均為+5。

I.高純度砷可用于生產具有“半導體貴族”之稱的新型半導體材料 GaAs，砷與氯氣反應可得到 AsCl3、AsCl5兩種氯化物。

（1）兩種氯化物分子中屬于非極性分子的是 ，AsCl3分子的中心原子雜化類型是 ，分 子構型是 。

（2）Ga 與 As 相比，第一電離能較大的元素是 ，GaAs 中砷的化合價為 。研究表明，在 GaAs 晶體中，Ga、As 原子最外電子層均達到 8 電子穩定結構，則 GaAs 的晶體類型是 ，晶體中化學鍵的鍵角是 。

II.釩是一種重要的戰略金屬，其最主要的用途是生產特種鋼，其化合價有+5、+4、+3、+2 等，工業上從煉鋼獲得的富釩爐渣中(內含 V2O5)提取釩的過程如下。

（3）基態釩原子的電子排布式為 ，上述釩的幾種價態中，最穩定的是 價；寫出①、②反應的化學方程式： 、 。

（4）已知單質釩的晶胞為則 V 原子的配位數是 ，假設晶胞的邊長為 d cm， 密度為 ρ g/cm3，則釩的相對原子質量為 。

Answer 1

【答案】（1） AsCl5；sp3雜化；三角錐型；

（2） As；-3；原子晶體；109°28′；

II.（3） 1s22s22p63s23p63d34s2或[Ar]3d34s2；+5；2V2O5+4NaCl+O2=4NaVO3+2Cl2；V2O5+5Ca=2V+5CaO；

（4） 8；ρd3NA。

【解析】試題分析：（1） AsCl3中As的價層電子對數=3+（5-1×3）=4，采用sp3雜化，為三角錐型分子，是極性分子；AsCl5中As的價層電子對數=5+（5-1×5）=5，為三角雙錐型分子，是非極性分子，故答案為：AsCl5；sp3雜化；三角錐型；

（2） 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，所以第一電離能As＞Ga，GaAs 中砷的電負性大于鎵，所以砷顯-3價；由晶體中鎵、砷原子最外層電子數目知，鎵與砷之間形成了四個共價鍵（其中有一個為配位鍵），晶體中每個鎵原子、砷原子均與另外四個原子成鍵，形成空間網狀結構的晶體，屬于原子晶體，晶體中化學鍵的鍵角是109°28′，故答案為：As；-3；原子晶體；109°28′；

II.（3） 釩是23號元素，原子核外電子數為23，基態原子核外電子排布式為：1s22s22p63s23p63d34s2或[Ar]3d34s2，釩的價電子數為5，結合流程圖，在釩的幾種價態中，最穩定的是+5價。反應①是V2O5在空氣中與氯化鈉反應生成NaVO3，根據化合價的變化情況，Cl元素化合價升高，生成氯氣，反應的方程式為2V2O5+4NaCl+O2=4NaVO3+2Cl2；反應②是V2O5被鈣還原生成V，反應的方程式為V2O5+5Ca=2V+5CaO，故答案為：1s22s22p63s23p63d34s2或[Ar]3d34s2；+5；2V2O5+4NaCl+O2=4NaVO3+2Cl2；V2O5+5Ca=2V+5CaO；

（4）根據晶胞圖可知，每個礬原子周圍距離最近的有8個礬原子，所以礬的配位數為8，每個晶胞中含有的礬原子數為1+8×=2，晶胞的體積為d3cm3，根據ρ＝可知，釩的相對原子質量M=ρVNA=ρd3NA，故答案為：8；ρd3NA。