Question

12．砷的一些化合物常用作半导体、除草剂、杀鼠药等．回答下列问题：
（1）基态As原子的核外电子排布式为[As]3d¹⁰4s24p³，有3个未成对电子．
（2）镓氮砷合金材料的太阳能电池效率达40%．Ga、N、As电负性由大至小的顺序是O＞Ge＞Zn．
（3）As₄O₆的分子结构如图所示，其中As原子的杂化方式为sp³，1mol As₄O₆含有σ键的物质的量为12mol．
（4）晶胞有两个基本要素：

①原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置，LiZnAs基稀磁半导体的晶胞如图所示，其中原子
坐标参数A处Li为（0，0，$\frac{1}{2}$）；B处As为（$\frac{1}{4}$，$\frac{1}{4}$，$\frac{1}{4}$）；C处Li的坐标参数为（$\frac{1}{2}$，$\frac{1}{2}$，$\frac{1}{2}$）．
②晶胞参数，描述晶胞的大小和形状，已知LiZnAs单晶的晶胞参数α=594pm，N_A表示阿伏加德罗常数的数值，其密度为$\frac{4×147}{（5.94×1{{0}^{-8}）}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3（列出计算式即可）．

Answer 1

分析 （1）As是33号元素，位于第四周期第VA族，基态As原子核外电子排布式为[Ar]3d¹⁰4s²4p³，根据核外电子排布确定未成对电子；
（2）元素的非金属性越强，吸引电子的能力越强，元素的电负性越大；
（3）As₄O₆的分子中As原子形成3个As-O键，含有1对孤对电子，杂化轨道数目为4；1个As₄0₆分子中含有σ键数目为12个，据此进行分析；
（4）①根据晶胞图结构和A、B、C三个原子的原子坐标，可求出C的原子坐标；
②根据晶胞密度公式：ρ=$\frac{zM}{{N}_{A}V}$可求出密度．

解答 解：（1）As是33号元素，位于第四周期第VA族，基态As原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³或[Ar]3d¹⁰4s²4p³，在最外层的4s能级上2个电子为成对电子，4p轨道中3个电子分别处以不同的轨道内，有3轨道未成对电子，
故答案为：3d¹⁰4s²4p³；3；
（2）锌属于良导体，锗属于半导体，氧属于非金属，所以元素非金属性：O＞Ge＞Zn，元素的非金属性越强，吸引电子的能力越强，元素的电负性越大，故电负性：O＞Ge＞Zn，
故答案为：O＞Ge＞Zn；
（3）As₄O₆的分子中As原子形成3个As-O键，含有1对孤对电子，杂化轨道数目为4，杂化类型为sp³杂化；1个As₄0₆分子中含有σ键数目为12个，故1mol As₄0₆含有σ键的物质的量为12mol，
故答案为：sp³；12mol；
（4）①根据晶胞图结构和A、B、C三个原子的原子坐标分别为A处Li为（0，0，$\frac{1}{2}$）；B处As为（$\frac{1}{4}$，$\frac{1}{4}$，$\frac{1}{4}$），注意在晶体化学中，原子坐标的规则为，每一个坐标的值均在[0，1）之间，且为整数，简言之，1即0，所以A、B、C其实为同一个原子坐标，都可以为（0，0，0），C为体心粒子，其晶胞参数应为$\frac{1}{2}$，其晶胞参数应为：（$\frac{1}{2}$，$\frac{1}{2}$，$\frac{1}{2}$），
故答案为：（$\frac{1}{2}$，$\frac{1}{2}$，$\frac{1}{2}$）；
②立方晶胞顶点原子占$\frac{1}{8}$，面心占$\frac{1}{2}$，棱上占$\frac{1}{4}$，晶胞内部粒子为整个晶胞所有，Li的个数为12×$\frac{1}{4}$+1=4，LiZnAs单晶的晶胞参数α=594pm，则ρ=$\frac{zM}{{N}_{A}V}$=$\frac{4×147}{（5.94×1{{0}^{-8}）}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3，
故答案为：$\frac{4×147}{（5.94×1{{0}^{-8}）}^{3}{N}_{A}}$．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、电负性、化学键、晶胞计算等，（4）中晶胞计算为易错点、难点，需要学生具备一定的空间想象与数学计算能力，题目难度中等．