Question

10．第四周期中的18中元素具有重要的用途，在现代工业中备受青睐．
（1）铬是一种硬二脆，抗腐蚀性强的金属，常用于电镀和制造特种钢．基态Cr原子中，电子占据最高能层的符号为N，该能层上具有的原子轨道数为16，电子数为1，
（2）第四周期元素的第一电离能随原子序数的增大，总趋势是逐渐增大的，₃₀Zn与₃₁Ga的第一电离能是否符合这一规律？否（填“是”或“否”），原因是₃₀Zn的4s能级有2个电子，处于全满状态，较稳定（如果前一问填“是”，此问可以不答）
（3）镓与第VA族元素可形成多种新型人工半导体材料，砷化镓（GaAs）就是其中一种，其晶体结构如下图所示（白色球代表As原子）．在GaAs晶体中，每个Ga原子与4个As原子相连，与同一个Ga原子相连的As原子构成的空间构型为正四面体；
（4）与As同主族的短周期元素是N、P．AsH₃中心原子杂化的类型sp3；一定压强下将AsH₃和NH₃．PH₃的混合气体降温是首先液化的是NH₃，理由是NH₃分子之间有氢键，沸点较高；
（5）铁的多种化合物均为磁性材料，氮化铁石期中一种，某氮化铁的井胞结构如图所示，则氮化铁的化学式为Fe₄N；设晶胞边长为acm，阿伏加德罗常数为N_A，该晶体的密度为$\frac{238}{{N}_{A}{a}^{3}}$g．cm^-3（用含a和N_A的式子表示）

Answer 1

分析 （1）根据铬的核外电子排布规律可知，铬在最外层是N层，有2个电子，据此答题；
（2）原子的最外层电子数处于半满或全满时，是一种稳定结构，此时原子的第一电离能都高于同周期相邻的元素；
（3）根据晶胞结构图，砷化镓结构中，As位于晶胞的面心和顶点上，Ga位于由四个As原子形成的四面体的体心，据此判断；
（4）与As同主族的短周期元素是N、P，所经AsH₃的结构应与NH₃相似，NH₃分子之间有氢键，沸点较高；
（5）根据均摊法在氮化铁晶胞中，含有N原子数为1，Fe原子数为$1×\frac{1}{8}+6×\frac{1}{2}$=4，进而确定氮化铁的化学式，根据$ρ=\frac{m}{V}$计算密度；

解答 解：（1）铬的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹，所以铬在最外层是N层，有1个电子，N层上原子轨道为spdf四种，共有轨道数为1+3+5+7=16，
故答案为：N；16；1；
（2）原子的最外层电子数处于半满或全满时，是一种稳定结构，此时原子的第一电离能都高于同周期相邻的元素，₃₀Zn的4s能级有2个电子，处于全满状态，较稳定，所以₃₀Zn与₃₁Ga的第一电离能不符合逐渐增大的规律，
故答案为：否；₃₀Zn的4s能级有2个电子，处于全满状态，较稳定；
（3）根据晶胞结构图，砷化镓结构中，As位于晶胞的面心和顶点上，Ga位于由四个As原子形成的四面体的体心，所以每个Ga原子与4个As原子相连，与同一个Ga原子相连的As原子构成的空间构型为正四面体，
故答案为：4；正四面体；
（4）氨分子中氮原子按sp3方式杂化，N与As同主族，所经AsH₃的结构应与NH₃相似，AsH₃中心原子杂化的类型为sp3，NH₃分子之间有氢键，沸点较高，所以一定压强下将AsH₃和NH₃．PH₃的混合气体降温是首先液化的是NH₃，
故答案为：sp3；NH₃；NH₃分子之间有氢键，沸点较高；
（5）根据均摊法在氮化铁晶胞中，含有N原子数为1，Fe原子数为$1×\frac{1}{8}+6×\frac{1}{2}$=4，所以氮化铁的化学式Fe₄N，晶胞的体积为a³cm³，所以$ρ=\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{14+56×4}{{N}_{A}}}{{a}^{3}}$g．cm^-3=$\frac{238}{{N}_{A}{a}^{3}}$g．cm^-3，
故答案为：Fe₄N；$\frac{238}{{N}_{A}{a}^{3}}$；

点评 本题考查较为综合，原子结构、第一电离能、晶胞的结构及晶体计算、氢键等知识，题目难度中等，注意原子核外电子排布与物质性质的关系，当价层电子轨道处于全空、全充满、半充满时，较稳定．