Question

【題目】N、P、As等元素的化合物在生產和研究中有許多重要用途.請回答下列問題:

（1）意大利羅馬大學的Cacace等人獲得了極具理論研究意義的N4分子,該分子的空間構型與P4類似,其中氮原子的軌道雜化方式為______________________，N—N鍵的鍵角為______________________；

（2）基態砷原子的價電子排布圖為______________________，砷與同周期相鄰元素的第一電離能由大到小的順序為______________________；

（3）配位原子對孤對電子的吸引力越弱,配體越容易與過渡金屬形成配合物。PH3與NH3的結構相似,和過渡金屬更容易形成配合物的是____________________(填“PH3”或“NH3”)。

（4）SCl3+和PCl3是等電子體,SCl3+的空間構型是____________________；S—Cl鍵鍵長 ______P-Cl鍵鍵長(填“＞”、“=”或“＜”),原因是____________________。

（5）砷化鎵為第三代半導體,以其為材料制造的燈泡壽命長,耗能少。已知立方砷化鎵晶胞的結構如圖所示,砷化鎵的化學式為____________________。若該晶體的密度為ρg/cm3,設NA為阿伏加德羅常數的值,則a、b的距離為_________pm(用含ρ和NA的代數式表示)。

Answer 1

【答案】sp3 60° As＞Se＞Ge PH3 三角錐形 < S 原子半徑小于P原子半徑,故S-Cl鍵要比P-Cl鍵短 GaAs

【解析】

（1）N4分子的空間構型與P4類似，4個N原子形成正四面體構型，每個N原子形成3個N-N鍵和1對孤對電子；

（2）As元素是第四周期VA族，價電子排布式為4s24p3，根據泡利原理、洪特規則畫出價電子排布圖；As原子4p軌道為半滿穩定狀態，能量較低，第一電離能比同周期相鄰元素的高；

（3）P元素的電負性比N元素的小，P原子對孤電子對吸引更弱，容易給出孤對電子形成配位鍵；

（4）PCl3中P原子形成3個P-Cl鍵，含有1對孤對電子，其空間結構三角錐形，而等電子體的結構相似；

原子半徑越小，原子之間形成的共價鍵越短；

（5）利用均攤法計算晶胞中含有Ga原子、As原子數目，可以確定其化學式；

As原子與周圍的4個Ga原子形成正四面體，As原子與晶胞頂點Ga原子連線處于晶胞體對角線上，且Ga原子與As原子之間的距離為晶胞體對角線長度的1/4倍，所以晶胞的體對角線為晶胞棱長的倍，結合晶胞中含有原子數目，表示出晶胞質量，再根據m=ρV計算晶胞棱長．

（1）N4分子的空間構型與P4類似，4個N原子形成正四面體構型，每個N原子形成3個N-N鍵，還含有1對孤對電子，雜化軌道數目為4，故N原子采取sp3雜化，每個面均為正三角形，故N-N鍵的鍵角為60°；

（2）As元素處于第四周期VA族，價電子排布式為4s24p3，價電子排布圖為：；As原子4p軌道為半滿穩定狀態，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素的，故第一電離能：As＞Se＞Ge；

（3）P元素的電負性比N元素的小，P原子對孤電子對吸引更弱，容易給出孤對電子形成配位鍵，即為：PH3；

（4）PCl3中P原子形成3個P-Cl鍵，含有1對孤對電子，其空間結構三角錐形，而等電子體的結構相似，SCl3＋的空間構型是三角錐形，S 原子半徑小于P原子半徑，故 S-Cl 鍵要比 P-Cl 鍵短。

（5）晶胞中含有Ga原子數為8×1/8+6×1/2=4，As原子數目為4，化學式為GaAs，As原子與周圍的4個Ga原子形成正四面體，As原子與晶胞頂點Ga原子連線處于晶胞體對角線上，Ga原子與As原子之間的距離為晶胞體對角線長度的1/4倍，所以晶胞的體對角線為晶胞棱長的倍，晶胞質量為4×(70+75)/NAg，則晶胞棱長=，故a、b的距離為 。