Question

9．张亭栋研究小组受民间中医启发，发现As₂O₃（俗称砒霜）对白血病有明显的治疗作用．氮（N）、磷（P）、砷（As）等都是VA族的元素，该族元素的化合物在研究和生产中有许多重要用途．回答下列问题：

（1）As原子的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³．
（2）P和S是同一周期的两种元素，P的第一电离能比S大，原因是P的p亚层是半充满状态，比较稳定，所以第一电离能比硫的大．
（3）NH₄⁺中H-N-H的键角比NH₃中H-N-H的键角大（填“大”或“小”），原因是NH₄⁺中的氮原子上均为成键电子，而NH₃分子中的氮原子上有一对孤对电子，孤对电子和成键电子之间的排斥力强于成键电子和成键电子之间的排斥力．
（4）Na₃AsO₄中含有的化学键类型包括离子键、共价键；AsO₄^3-的空间构型为正四面体，As₄O₆的分子结构如图1所示，则在该化合物中As的杂化方式是sp³．
（5）化合物NH₅中的所有原子最外层都满足稳定结构，则NH₅是离子晶体．
（6）白磷（P₄）的晶体属于分子晶体，其晶胞结构如图2（小圆圈表示白磷分子）．己知晶胞的边长为a cm，阿伏加德罗常数为N_A mol^-l，则该晶胞中含有的P原子的个数为16，该晶体的密度为$\frac{496}{{a}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3（用含N_A、a的式子表示）．

Answer 1

分析 （1）As原子核外电子数为33，根据能量最低原理书写核外电子排布式；
（2）P的3p亚层是半充满状态，比较稳定，第一电离能高于同周期相邻元素的；
（3）NH₄⁺中的氮原子上均为成键电子，而NH₃分子中的氮原子上有一对孤对电子，孤对电子和成键电子之间的排斥力强于成键电子和成键电子之间的排斥力；
（4）Na₃AsO₄属于离子化合物，酸根离子中含有共价键；AsO₄^3-中As原子孤电子对数=$\frac{5+3-2×4}{2}$=0、价层电子对数为4+0=4，据此判断空间构型；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；
（5）化合物NH₅中的所有原子最外层都满足稳定结构，则由铵根离子与氢负离子构成；
（6）根据均摊法可知，晶胞中P₄分子数目为4，则晶胞中含有16个P原子，计算晶胞质量，再根据ρ=$\frac{m}{V}$计算晶胞密度．

解答 解：（1）As原子核外电子数为33，根据能量最低原理，核外电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³；
（2）P的3p亚层是半充满状态，比较稳定，第一电离能高于同周期相邻元素的，第一电离能大于硫的，
故答案为：P的p亚层是半充满状态，比较稳定，所以第一电离能比硫的大；
（3）NH₄⁺中的氮原子上均为成键电子，而NH₃分子中的氮原子上有一对孤对电子，孤对电子和成键电子之间的排斥力强于成键电子和成键电子之间的排斥力，故NH₄⁺中H-N-H的键角比NH₃中H-N-H的键角大，
故答案为：大；NH₄⁺中的氮原子上均为成键电子，而NH₃分子中的氮原子上有一对孤对电子，孤对电子和成键电子之间的排斥力强于成键电子和成键电子之间的排斥力；
（4）Na₃AsO₄属于离子化合物，含有离子键，酸根离子中含有共价键；AsO₄^3-中As原子孤电子对数=$\frac{5+3-2×4}{2}$=0、价层电子对数为4+0=4，空间构型为正四面体；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，
故答案为：离子键、共价键；正四面体；sp³；
（5）化合物NH₅中的所有原子最外层都满足稳定结构，则由铵根离子与氢负离子构成，属于离子晶体，故答案为：离子；
（6）根据均摊法可知，晶胞中P₄分子数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，则晶胞中P原子数目为4×4=16，晶胞质量为16×$\frac{31}{{N}_{A}}$g，晶胞体积为（a cm）³，则晶胞密度为$\frac{4×\frac{31}{{N}_{A}}g}{（acm）^{3}}$=$\frac{496}{{a}^{3}{N}_{A}}$g．cm^-3，
故答案为：$\frac{496}{{a}^{3}{N}_{A}}$．

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、价层电子对互斥联立、杂化方式与空间构型判断、化学键、晶胞计算等，是对物质结构主干知识的考查，需要学生具备扎实的基础与灵活运用能力，难度中等，掌握均摊法进行有关晶胞计算．