Question

【題目】氮和砷均為重要的無機材料，在化工領域具有廣泛的應用。

(1)基態As原子的價層電子的電子云輪廓圖形狀為________。同一周期As、Ge、Se三種元素的第一電離能由大到小的順序為________________。

(2)Na3AsO3中所含陰離子的立體構型為___________，寫出一個與AsO33-具有相同空間構型和鍵合形式的分子____________________(填化學式)。

(3)在一定條件下NH3與CO2能合成尿素[CO(NH2)2]，尿素中C原子和N原子軌道的雜化類型分別為__________，_________；1mol尿素分子中，鍵的數目為___________。

(4)N2H4是火箭的燃料，與氧氣的相對分子質量相同，它在常溫常壓下是液態，而氧氣是氣態，造成這種差異的主要原因是__________________。

(5)某砷鎳合金的晶胞結構如圖所示，阿伏加德羅常數的值為NA，則該晶體的密度=________g·cm-3，該晶體中與每個Ni原子距離最近的As原子有_______個。

Answer 1

【答案】球形、啞鈴形(或紡錘形) As>Se>Ge 三角錐形 PCl3、PBr3、NF3、NCl3等 sp2 sp3 7NA N2H4分子間除存在范德華力還存在氫鍵，O2分子間只有范德華力，氫鍵比范德華力強 6

【解析】

本題考查了價層電子對互斥理論、氫鍵、晶體的相關計算等。

（1）基態As原子電子排布式為[Ar]3d104s24p3，價層電子為4s24p3，s軌道為球形，p軌道為啞鈴形(或紡錘形)；同周期時，自左往右元素的第一電離能總體趨勢越來越大，因而Se大于Ge的第一電離能，同時As的4p軌道電子為半充滿，因而較為穩定，其第一電離能大于鄰近的Ge和Se，故同一周期As、Ge、Se三種元素的第一電離能由大到小的順序為As>Se>Ge；

（2）Na3AsO3中所含陰離子為AsO33-，中心原子As的價層電子對數為3+1/2(5+3-3×2)=4，因而為sp3雜化，又As存在一對孤電子對，因而空間構型為三角錐形，與AsO33-具有相同空間構型和鍵合形式的分子很多，例如PCl3、PBr3、NF3、NCl3等；

（3）尿素[CO(NH2)2]的結構簡式為，C原子形成3個σ鍵和1個π鍵，不存在孤對電子，因而C原子為sp2雜化，N原子形成3個σ鍵，且存在一個孤電子對，為sp3雜化，1分子尿素分子中有7個σ鍵，故1mol尿素分子中，鍵的數目為7NA；

（4）N2H4與氧氣都是分子晶體，一般其熔沸點和相對分子質量有關。雖然N2H4與氧氣的相對分子質量相同，但還需考慮N2H4分子間除存在范德華力還存在氫鍵，O2分子間只有范德華力，氫鍵比范德華力強；

（5）晶胞內有2個As原子，Ni原子個數為2×+4×+2×+4×=2，因而晶胞內原子總質量m=g，晶胞體積V=a2c×1030cm3，晶胞密度等于=g·cm-3，晶胞是由兩個完全相同的平行六面體上下推疊而成，例如下底最左邊的Ni原子為六個這樣的平行六面體所占有，每個這樣的平行六面體含有1個As原子，因而該晶體中與每個Ni原子距離最近的As原子有6個。