Question

18．AIN是重要的半导体材料，Ga（镓）、P、As（砷）都是形成化合物半导体材料的重要元素．
（1）As基态原子的电子占据了4个能层，最高能级的电子排布式为4p³．和As位于同一周期，且未成对电子数也相同的元素还有2种．
（2）元素周期表中，与P紧邻的4种元素中电负性最大的是N（填元素符号）．Si、P、S三种元素的第一电离能由大到小的顺序是P＞S＞Si．
（3）NH₃、PH₃、AsH₃三者的沸点由高到低的顺序是NH₃＞AsH₃＞PH₃，原因是NH₃分子间存在氢键，氨的沸点比同主族元素的氢物高，AsH₃和PH₃分子间不存在氢键，分子量大的氢化物分子间作用力大，沸点高．
（4）白磷是由P₄分子形成的分子晶体，P₄分子呈正四面体结构，P原子位于正四面体的四个顶点，则P原子的杂化方式为sp³．白磷易溶于CS₂，难溶于水，原因是P₄和CS₂是非极性分子，H₂O是极性分子，根据相似相溶的原理，P₄易溶于 CS₂，难溶于水．
（5）采用Ga_xIn_1-xAs（镓铟砷）等材料，可提高太阳能电池的效率．Ga_xIn_1-xAs立方体形晶胞中每个顶点和面心都有一个原子，晶胞内部有4个原子，则该晶胞中含有4砷原子．
（6）AIN晶体的晶胞结构与金刚石相似（如图），设晶胞的边长为a cm，N_A表示阿伏加德罗常数，则该晶体的密度为$\frac{164}{{a}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3．

Answer 1

分析 （1）基态As原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³；和砷位于同一周期，且未成对电子数也相同的元素，它们的外围电子排布式为：3d³4s²、3d⁷4s²；
（2）在元素周期表中，同周期中从左向右，元素的非金属性增强，电负性增强，同主族元素从上向下，元素的非金属性减弱，电负性减弱；
同一周期元素，元素的第一电离能随着原子序数增大而增大，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于其相邻元素；
（3）NH₃分子间存在氢键，氨的沸点比同主族元素的氢物高，AsH₃和PH₃分子间不存在氢键，分子量大的氢化物范德华力强，沸点高；
（4）P₄分子为正四面体构型，P₄分子中P原子形成3个σ键、含有1对孤对电子，杂化轨道数目为4；依据相似相溶的原理进行解答；
（5）Ga_xIn_（1-x）As立方体形晶胞中每一个顶点和面心都有一个原子，晶胞内部有4个原子，晶胞含有总数为4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，由化学式可知晶胞中As数目占原子总数的$\frac{1}{2}$；
（6）计算晶胞的体积和质量，根据密度$ρ=\frac{m}{V}$计算．

解答 解：（1）基态As原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³，含有4个能层，最高能级的电子排布式为4p³，和砷位于同一周期，且未成对电子数也相同的元素，它们的外围电子排布式为：3d³4s²、3d⁷4s²，分别为钒、钴两种，
故答案为：4；4p³；2；
（2）在元素周期表中，同周期中从左向右，元素的非金属性增强，电负性增强，同主族元素从上向下，元素的非金属性减弱，电负性减弱，在元素周期表中，与 P紧邻的4种元素中电负性最大的是N．
同一周期元素，元素的第一电离能随着原子序数增大而增大，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于其相邻元素，Si、P、S元素处于同一周期且原子序数逐渐增大，P处于第VA族，所以第一电离能P＞S＞Si，
故答案为：N；P＞S＞Si；
（3）NH₃分子间存在氢键，氨的沸点比同主族元素的氢物高，AsH₃和PH₃分子间不存在氢键，分子量大的氢化物分子间作用力大，沸点高，故沸点：NH₃＞AsH₃＞PH₃，
故答案为：NH₃＞AsH₃＞PH₃；NH₃分子间存在氢键，氨的沸点比同主族元素的氢物高，AsH₃和PH₃分子间不存在氢键，分子量大的氢化物分子间作用力大，沸点高；
（4）P₄分子为正四面体构型，P₄分子中N原子形成3个σ键、含有1对孤对电子，杂化轨道数目为4，P原子采取sp³杂化．
相似相溶原理是指由于极性分子间的电性作用，使得极性分子组成的溶质易溶于极性分子组成的溶剂，难溶于非极性分子组成的溶剂；非极性分子组成的溶质易溶于非极性分子组成的溶剂，难溶于极性分子组成的溶剂，P₄和CS₂是非极性分子，H₂O是极性分子，根据相似相溶的原理，P₄易溶于 CS₂，难溶于水，
故答案为：sp³；P₄和CS₂是非极性分子，H₂O是极性分子，根据相似相溶的原理，P₄易溶于 CS₂，难溶于水；
（5）Ga_xIn_（1-x）As立方体形晶胞中每一个顶点和面心都有一个原子，晶胞内部有4个原子，晶胞含有总数为4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，由化学式可知晶胞中As数目占原子总数的$\frac{1}{2}$，即晶胞中As原子数目为8×$\frac{1}{2}$=4，
故答案为：4；
（6）AIN晶胞中Al原子数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，N原子数目为4，故晶胞质量m=$\frac{4（27+14）}{{N}_{A}}$，体积V=a³，密度$ρ=\frac{m}{V}$=$\frac{164}{{a}^{3}{N}_{A}}$．
故答案为：$\frac{164}{{a}^{3}{N}_{A}}$．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、电离能及电负性、杂化方式判断、晶胞计算等，本题关键是结合化学式、均摊法计算晶胞中原子数目．