Question

（1）主族元素A的简单阳离子不与任何原子具有相同的核外电子排布．元素B与氮元素同周期，B的原子序数大于氮，而第一电离能比氮的小．A与B形成两种化合物A₂B₂和A₂B，其中B的杂化方式分别为

 

、

 

．A₂B、NH₃、SiH₄的键角由大到小依次为

 

（填化学式）．A₂B由液态形成晶体时密度减小，主要原因是

 

．
（2）新型无机材料在许多领域被广泛应用．陶瓷发动机的材料选用氮化硅，它硬度高、化学稳定性高，是很好的高温陶瓷材料．除氢氟酸外，氮化硅不与其他无机酸反应，抗腐蚀能力强．氮化硅的晶体类型是

 

，其中氮元素的化合价是

 

，氮化硅与氢氟酸反应的化学方程式为

 

．
（3）MgCO₃和CaCO₃都为离子晶体，热分解的温度分别为402℃和900℃，请根据结构与性质的关系说明它们热分解温度不同的原因

 

．
（4）砷化镓广泛用于雷达、电子计算机、人造卫星，宇宙飞船等尖端技术中．镓的基 态原子价电子排布式为

 

，砷化镓的晶胞结构与金刚石相似，其晶胞边长为apm，则每立方厘米该晶体中所含砷元素的质量为

 

g（用N_A表示阿伏加德罗常数），该晶胞中Ga与As的最短距离为

 

cm．

Answer 1

考点：晶胞的计算,原子结构与元素的性质,原子轨道杂化方式及杂化类型判断,不同晶体的结构微粒及微粒间作用力的区别

专题：化学键与晶体结构

分析：（1）先根据同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大而增大，注意同一周期的第ⅡA元素的第一电离能大于第ⅢA族的，第ⅤA族的大于第ⅥA族的，元素B与氮元素同周期，B的原子序数大于氮，而第一电离能比氮的小，则元素B为O，然后根据价层电子对互斥理论确定中心原子杂化方式及粒子的空间构型，价层电子对个数=σ键个数+孤电子对个数，2个σ键个2个孤电子对采用sp³杂化，最后根据孤电子对与成键电子之间的作用力大，孤电子对越多，键角减小；根据冰中水分子之间存在氢键，构成空间四正面体网状结构．
（2）根据原子晶体的熔沸点较高、硬度大；根据化合价代数和为零及电负性判断化合价；氮化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和氨气，据此书写；
（3）晶格能的主要影响因素是离子电荷，电荷越高，晶格能越大．其次就是离子半径，离子越小，晶格能越大，以此分析MgCO₃和CaCO₃分解产物MgO和CaO的晶格能大小；
（4）镓是31号元素，原子核外电子数为31，根据核外电子排布规律书写镓的基态原子价电子电子排布式；先求出一个晶胞中砷元素的质量，再根据晶胞的体积求算；根据晶胞结构可知，晶胞中Ga与As的最短距离为晶胞体对角线的

1

4

，再根据晶胞的边长可求得体对角线的长度，据此答题．

解答： 解：（1）由题意知：A为H，B为O；H与O形成两种化合物H₂O₂和H₂O，其中O的价层电子对个数都等于=σ键个数+孤电子对个数=2+2=4，采用sp³杂化；H₂O、NH₃、SiH₄中中心原子的价层电子对个数分别为2+2=4，3+1=4，4+0=4，都采用sp³杂化，轨道构型为正四面体，键角为109.5°，由于H₂O、NH₃中中心原子分别存在2对、1对孤电子对，使得角减小，孤电子对越多，键角减小，所以键角由大到小依次为：SiH₄、NH₃、H₂O；冰中水分子之间存在氢键，每个水分子与4个水分子形成氢键，构成空间四正面体网状结构，水分子空间利用率低，密度反而减小．
故答案为：sp³；sp³；SiH₄、NH₃、H₂O；形成晶体时每个水分子与4个水分子形成氢键，构成空间四正面体网状结构，水分子空间利用率低，密度反而减小；
（2）氮化硅硬度大、化学稳定性强，是很好的高温陶瓷材料，则氮化硅为原子晶体；因为氮原子最外层有5个电子，硅原子最外层有4个电子，要形成共价键，双方都达到八电子稳定结构，化学式应为Si₃N₄，氮的电负性大于硅，所以氮显-3价，氮化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和氨气，反应方程式为：Si₃N₄+12HF=3SiF₄↑+4NH₃↑；
故答案为：原子晶体；-3；Si₃N₄+12HF=3SiF₄↑+4NH₃↑；
（3）由MgCO₃和CaCO₃都为离子晶体，MgCO₃和CaCO₃离子所带电荷相等，由于Mg²⁺半径小于Ca²⁺半径，所以MgO晶格能大于CaO晶格能，所以Mg²⁺比Ca²⁺更易与碳酸根离子中的氧离子结合，使碳酸根离子分解为CO₂．
故答案为：Mg²⁺半径小于Ca²⁺半径，固体MgO晶格能大于CaO晶格能，所以Mg²⁺比Ca²⁺更易与碳酸根离子中的氧离子结合，使碳酸根离子分解为CO₂；
（4）镓是31号元素，原子核外电子数为31，镓的基态原子价电子电子排布式4S²4P¹；由砷化镓的晶胞结构图可知一个晶胞中含有4个As原子，一个晶胞中砷元素的质量为

75×4

N A

=

300

NA

g，晶胞的体积为（a×10^-10）³cm³，则每立方厘米该晶体中所含砷元素的质量为

300 N A

(a×10-10)3

=

3×1032

NA×a3

；根据晶胞结构可知，晶胞中Ga与As的最短距离为晶胞体对角线的

1

4

，因为晶胞的边长为apm，所以晶胞中Ga与As的最短距离为

3 a×10-10

4

cm；
故答案为：4S²4P¹；

3×1032

NA×a3

；

3 a×10-10

4

．

点评：本题考查了杂化方式的判断、氢键对物理性质、晶体的类型判断、电子排布式以及氢键等知识，本题的易错点为晶胞的有关计算，注意有关知识的积累．