Question

【题目】磷和砷的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。回答下列问题：

(1)基态As原子的核外电子排布式为[Ar]_________；As原子的逐级电离能(kJ/mol)数据如下：

第一电离能	第二电离能	第三电离能	第四电离能	第五电离能	第六电离能
947.0	1798	2735	4837	6043	12310

第五电离能与第六电离能相差显著的原因:_____________________________________。

(2)红磷是巨型共价分子，无定型结构。能证明红磷是非晶体的最可靠方法是__________。

A.质谱 B.原子发射光谱 C.核磁共振谱 D.X射线衍射

(3)黑磷是新型二维半导体材料，具有类似石墨一样的片层结构(如图)，层与层之间以_____结合。从结构上看，单层磷烯导电性优于石墨烯的原因是____________________________。

(4)白磷(P4)分子是正四面体结构，3.1g白磷中σ键的数目为________；白磷(P4)易溶于二硫化碳，难溶于水，其原因是_____________________________________________。

(5)GaAs的熔点为1238℃，其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为_________，Ga原子的杂化方式为______________，每个As原子周围最近的As原子数目为________。已知GaAs的密度为dg/cm3，摩尔质量为Mg/mol，则晶胞中最近的As和Ga原子核间距为_____(阿伏加德罗常数值用NA表示，列出算式即可)nm。

Answer 1

【答案】 3d104s24p3 As原子最外层有五个电子，失去的第六个电子来自全满的次外层，所需能量较高 D 范德华力 石墨烯同层碳原子中，1个碳原子和周围3个碳原子结合后，还剩1个价电子 ，单层磷烯同层磷原子中，1个磷原子和周围3个磷原子结合后，还剩2个价电子 0.15NA 二硫化碳和白磷都是非极性分子，水是极性分子，由相似相溶原理可知，白磷易溶于二硫化碳，难溶于水 原子晶体 sp3 12 ××107

【解析】 (1) As为第四周期第VA族元素，基态As原子的核外电子排布式为[Ar] 3d104s24p3；As原子最外层有五个电子，失去的第六个电子来自全满的次外层，所需能量较高，使得As原子的第五电离能与第六电离能相差显著，故答案为：3d104s24p3；As原子最外层有五个电子，失去的第六个电子来自全满的次外层，所需能量较高；

(2)红磷是巨型共价分子，无定型结构。能证明红磷是非晶体的最可靠方法是X射线衍射实验，故答案为：D；

(3)黑磷是新型二维半导体材料，具有类似石墨一样的片层结构(如图)，层与层之间以范德华力结合。石墨烯同层碳原子中，1个碳原子和周围3个碳原子结合后，还剩1个价电子 ，单层磷烯同层磷原子中，1个磷原子和周围3个磷原子结合后，还剩2个价电子，因此单层磷烯导电性优于石墨烯，故答案为：范德华力；石墨烯同层碳原子中，1个碳原子和周围3个碳原子结合后，还剩1个价电子 ，单层磷烯同层磷原子中，1个磷原子和周围3个磷原子结合后，还剩2个价电子；

(4)白磷(P4)分子是正四面体结构，1个白磷分子中含有6个P-P键，3.1g白磷的物质的量为=0.025mol，σ键的数目为0.025mol×6 NA=0.15NA；二硫化碳和白磷都是非极性分子，水是极性分子，由相似相溶原理可知，白磷易溶于二硫化碳，难溶于水，故答案为：0.15NA；二硫化碳和白磷都是非极性分子，水是极性分子，由相似相溶原理可知，白磷易溶于二硫化碳，难溶于水；

(5)GaAs的熔点为1238℃，熔点较高，属于原子晶体。根据结构图，Ga原子与周围的4个As原子相连接，杂化方式为sp3，As原子位于立方体的顶点和面心，每个As原子周围最近的As原子数目为12个。每个晶胞中含有4个Ga原子和8×+6×=4个As原子，则晶胞的边长==cm=×107 nm，晶胞中最近的As和Ga原子核间距为晶胞体对角线长度的=×107 nm×=××107 nm，故答案为：原子晶体；sp3；12；××107。