Question

6．金属在化工生产及日常生活中有着广泛的应用，如铁、铬、镓等在现代工业中备受青睐．

（1）铬是一种硬而脆、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，未成对电子数有6个，Cr³⁺的价电子排布式为3d³．
（2）Zn与Ga的第一电离能从大到小的顺序为Zn＞Ga．
（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，其晶体结构如图1所示（白色球代表As原子）．在GaAs晶体中，距离每个Ga原子最近的As原子有4个，距离每个As原子最近的As原子有12个．
（4）与As同主族的短周期元素是N、PO、AsH₃ 空间构型为三角锥形；一定压强下将AsH₃和NH₃、PH₃的混合气体降温时首先液化的是NH₃，理由是因为氨分子间存在氢键，分子间作用力更大，沸点更高，降温时先液化．
（5）铁的多种化合物均为磁性材料，氮化铁是其中一种，某氮化铁的晶胞结构如图2所示，则氮化铁的化学为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$\frac{238}{{a}^{3}{N}_{A}}$ g•cm^-3（用含2和比的式子表示）．

Answer 1

分析 （1）基态Cr原子核外有24个电子，3d能级上有5个电子、4s能级上有1个电子，这六个电子都未成，Cr原子失去4s能级上1个电子、3d能级上2个电子生成Cr³⁺，该离子3d能级上电子为其价电子；
（2）原子轨道中电子处于半满、全满、全空时最稳定，原子越稳定，其第一电离能越大；
（3）在GaAs晶体中，距离每个Ga原子最近的As原子有4个，距离每个As原子最近的As原子个数=3×8÷2；
（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）基态Cr原子核外有24个电子，3d能级上有5个电子、4s能级上有1个电子，这六个电子都未成，Cr原子失去4s能级上1个电子、3d能级上2个电子生成Cr³⁺，该离子3d能级上电子为其价电子，所以其价电子排布式为3d³，故答案为：6；3d³；
（2）原子轨道中电子处于半满、全满、全空时最稳定，原子越稳定，其第一电离能越大，Zn原子各个轨道上电子处于全满，Ga原子4p轨道上只有一个电子，所以第一电离能Zn＞Ga，故答案为：Zn＞Ga；
（3）在GaAs晶体中，距离每个Ga原子最近的As原子有4个，距离每个As原子最近的As原子个数=3×8÷2=12，
故答案为：4；12；
（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，为三角锥形结构，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：三角锥形；NH₃；氨分子间存在氢键，分子间作用力更大，沸点更高，降温时先液化；
（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，氮化铁的化学式为Fe₄N，晶胞的体积为a³cm³，所以ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{56×4+14}{{N}_{A}}}{{a}^{3}}$g•cm^-3=$\frac{238}{{a}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3，
故答案为：Fe₄N；$\frac{238}{{a}^{3}{N}_{A}}$．

点评 本题考查物质结构和性质，涉及晶胞计算、微粒空间构型判断、氢键等知识点，侧重考查学生知识综合应用、空间想象及计算能力，难点是晶胞计算，注意氢键只影响熔沸点而不影响氢化物稳定性．