Question

5．GaN、GaP、GaAs是人工合成的一系列新型半导体材料，其晶体结构均与金刚石相似．铜是重要的过渡元素，能形成多种配合物，如Cu²⁺与乙二胺（H₂N-CH₂-CH₂-NH₂）可形成如图所示配离子．回答下列问题：

（1）基态Ga原子价电子的轨道表达式为；
（2）熔点：GaN＞GaP（填“＞”或“＜”）；
（3）第一电离能：As＞Se（填“＞”或“＜”）；
（4）Cu²⁺与乙二胺所形成的配离子内部不含有的化学键类型是c；
a．配位键     b．极性键     c．离子键       d．非极性键
（5）乙二胺分子中氮原子轨道的杂化类型为sp³，乙二胺和三甲胺均属于胺．但乙二胺比三甲胺的沸点高很多，原因是乙二胺分子间可形成氢键，三甲胺分子间不能形成氢键；
（6）Cu的某种晶体晶胞为面心立方结构，晶胞边长为acm，铜原子的半径为rcm，该晶体密度为$\frac{256}{{a}^{3}•{N}_{A}}$g/cm³（用含a和N_A的代数式表达），该晶体中铜原子的空间利用率为$\frac{16π{r}^{3}}{3{a}^{3}}×100%$（用含a和r的代数式表达）．

Answer 1

分析 （1）基态Ga原子价电子排布式为：4s²4p¹；
（2）离子晶体晶格能越大，熔点越高；
（3）同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大而增大，但第VA族元素第一电离能大于第VIA元素；
（4）Cu²⁺与乙二胺所形成的配离子内部含有碳碳非极性键，碳氢、氮氢非极性键和氮与铜离子之间的配位键；
（5）乙二胺分子中氮原子形成4个σ，所以氮原子的轨道的杂化类型为 sp³，乙二胺分子间可形成氢键，三甲胺分子间不能形成氢键，所以乙二胺比三甲胺的沸点高很多；
（6）Cu的某种晶体晶胞为面心立方结构，晶胞中含有铜原子数为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，根据$ρ=\frac{m}{V}$求密度；该晶体中铜原子的空间利用率为$\frac{4×\frac{4}{3}×π×{r}^{3}}{{a}^{3}}×100%$．

解答 解：（1）基态Ga原子价电子排布式为：4s²4p¹，所以基态Ga原子价电子的轨道表达式为，故答案为：；
（2）磷离子的半径大于氮离子的半径，所以GaP的晶格能小于GaN的晶格能，则熔点：GaN＞GaP，故答案为：＞；
（3）As和Se属于同一周期，且As属于第VA族，Se属于第VIA族，所以第一电离能As＞Se，故答案为：＞；
（4）Cu²⁺与乙二胺所形成的配离子内部含有碳碳非极性键，碳氢、氮氢非极性键和氮与铜离子之间的配位键，而不含离子键，故选：c；
（5）乙二胺分子中氮原子形成4个σ，所以氮原子的轨道的杂化类型为 sp³，乙二胺分子间可形成氢键，三甲胺分子间不能形成氢键，所以乙二胺比三甲胺的沸点高很多，故答案为：sp³；乙二胺分子间可形成氢键，三甲胺分子间不能形成氢键；
（6）Cu的某种晶体晶胞为面心立方结构，晶胞中含有铜原子数为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，根据$ρ=\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{4}{{N}_{A}}×64}{{a}^{3}}$=$\frac{256}{{a}^{3}•{N}_{A}}$；该晶体中铜原子的空间利用率为$\frac{4×\frac{4}{3}×π×{r}^{3}}{{a}^{3}}×100%$=$\frac{16π{r}^{3}}{3{a}^{3}}×100%$，故答案为：$\frac{16π{r}^{3}}{3{a}^{3}}×100%$．

点评 本题考查晶胞计算及杂化，氢键等，为高频考点，把握晶体结构、分子结构、物质结构与性质为解答的关键，侧重分析与应用能力的考查，综合性较强，题目难度较大．