Question

【题目】N、P、As等元素的化合物在生产和研究中有许多重要用途.请回答下列问题:

（1）意大利罗马大学的Cacace等人获得了极具理论研究意义的N4分子,该分子的空间构型与P4类似,其中氮原子的轨道杂化方式为______________________，N—N键的键角为______________________；

（2）基态砷原子的价电子排布图为______________________，砷与同周期相邻元素的第一电离能由大到小的顺序为______________________；

（3）配位原子对孤对电子的吸引力越弱,配体越容易与过渡金属形成配合物。PH3与NH3的结构相似,和过渡金属更容易形成配合物的是____________________(填“PH3”或“NH3”)。

（4）SCl3+和PCl3是等电子体,SCl3+的空间构型是____________________；S—Cl键键长 ______P-Cl键键长(填“＞”、“=”或“＜”),原因是____________________。

（5）砷化镓为第三代半导体,以其为材料制造的灯泡寿命长,耗能少。已知立方砷化镓晶胞的结构如图所示,砷化镓的化学式为____________________。若该晶体的密度为ρg/cm3,设NA为阿伏加德罗常数的值,则a、b的距离为_________pm(用含ρ和NA的代数式表示)。

Answer 1

【答案】sp3 60° As＞Se＞Ge PH3 三角锥形 < S 原子半径小于P原子半径,故S-Cl键要比P-Cl键短 GaAs

【解析】

（1）N4分子的空间构型与P4类似，4个N原子形成正四面体构型，每个N原子形成3个N-N键和1对孤对电子；

（2）As元素是第四周期VA族，价电子排布式为4s24p3，根据泡利原理、洪特规则画出价电子排布图；As原子4p轨道为半满稳定状态，能量较低，第一电离能比同周期相邻元素的高；

（3）P元素的电负性比N元素的小，P原子对孤电子对吸引更弱，容易给出孤对电子形成配位键；

（4）PCl3中P原子形成3个P-Cl键，含有1对孤对电子，其空间结构三角锥形，而等电子体的结构相似；

原子半径越小，原子之间形成的共价键越短；

（5）利用均摊法计算晶胞中含有Ga原子、As原子数目，可以确定其化学式；

As原子与周围的4个Ga原子形成正四面体，As原子与晶胞顶点Ga原子连线处于晶胞体对角线上，且Ga原子与As原子之间的距离为晶胞体对角线长度的1/4倍，所以晶胞的体对角线为晶胞棱长的倍，结合晶胞中含有原子数目，表示出晶胞质量，再根据m=ρV计算晶胞棱长．

（1）N4分子的空间构型与P4类似，4个N原子形成正四面体构型，每个N原子形成3个N-N键，还含有1对孤对电子，杂化轨道数目为4，故N原子采取sp3杂化，每个面均为正三角形，故N-N键的键角为60°；

（2）As元素处于第四周期VA族，价电子排布式为4s24p3，价电子排布图为：；As原子4p轨道为半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素的，故第一电离能：As＞Se＞Ge；

（3）P元素的电负性比N元素的小，P原子对孤电子对吸引更弱，容易给出孤对电子形成配位键，即为：PH3；

（4）PCl3中P原子形成3个P-Cl键，含有1对孤对电子，其空间结构三角锥形，而等电子体的结构相似，SCl3＋的空间构型是三角锥形，S 原子半径小于P原子半径，故 S-Cl 键要比 P-Cl 键短。

（5）晶胞中含有Ga原子数为8×1/8+6×1/2=4，As原子数目为4，化学式为GaAs，As原子与周围的4个Ga原子形成正四面体，As原子与晶胞顶点Ga原子连线处于晶胞体对角线上，Ga原子与As原子之间的距离为晶胞体对角线长度的1/4倍，所以晶胞的体对角线为晶胞棱长的倍，晶胞质量为4×(70+75)/NAg，则晶胞棱长=，故a、b的距离为 。