题目内容

7．氮族元素和硼族元素在生产生活中有很重要的地位．
（1）写出硼族元素Ga的基态原子核外电子排布式1s22s22p63s23p63d104s24p1．
（2）NF3的分子构型为三角锥形，NO3-的空间构型为平面三角形，1mol NO3-中含有的σ键的数目为：3NA．
（3）氮化硼的立方结晶的变体被认为是已知的最硬的物质．BN的晶体结构与金刚石相似，其中B原子的杂化方式为sp3．
（4）元素第一电离能的大小：As＞（填“＜”“＞”或“=”）Ga，原因是As与Ga位于同一周期，分别为ⅤA与ⅢA族，As的p轨道处于半充满的稳定状态，故第一电离能：As＞Ga．
（5）相同条件下，在水中的溶解度：NH3＞（填“＜”“＞”或“=”）PH3，原因是NH3分子与水分子之间能够形成氢键．
（6）已知立方砷化镓晶胞的结构如图所示，其晶胞边长为c pm．则砷化镓的化学式为GaAs，晶胞中As原子和它最近的Ga原子之间的距离为$\frac{\sqrt{3}c}{4}$pm（用含c的式子表示），砷化镓的密度为$\frac{5.8×1{0}^{32}}{{c}^{3}{N}_{A}}$g•cm-3（设NA为阿伏加德罗常数的值，用含c、NA的式子表示，原子量：Ga-70，As-75）．

分析 （1）Ga元素原子核外电子数为31，根据能量最低原理书写核外电子排布式；
（2）NF3中N原子孤电子对数=$\frac{5-1×3}{2}$=1，价层电子对数=3+1=4；NO3-中N原子孤电子对数=$\frac{5+1-2×3}{2}$=0，价层电子对数=3+0=3，1mol NO3-中含有3mol σ键；
（3）BN的晶体结构与金刚石相似，B原子与N原子之间形成4个B-N（其中1个为配位键），杂化轨道数目为4；
（4）同周期随原子序数增大，元素第一电离能呈增大趋势，且As元素原子的p轨道为半满稳定状态；
（5）NH3分子与水分子之间能够形成氢键，增大溶解性；
（6）利用均摊法计算晶胞中含有Ga原子、As原子数目，可以确定其化学式；
As原子与周围的4个Ga原子形成正四面体，As原子与晶胞顶点Ga原子连线处于晶胞题对角线上，且Ga原子与As原子之间的距离为晶胞体对角线长度的$\frac{1}{4}$倍，所以晶胞的体对角线为晶胞棱长的$\sqrt{3}$倍；
结合晶胞中含有原子数目，表示出晶胞质量，再根据ρ=$\frac{m}{V}$计算密度．

解答 解：（1）Ga元素原子核外电子数为31，核外电子排布式为：1s22s22p63s23p63d104s24p1，
故答案为：1s22s22p63s23p63d104s24p1；
（2）NF3中N原子孤电子对数=$\frac{5-1×3}{2}$=1，价层电子对数=3+1=4，为三角锥形；NO3-中N原子孤电子对数=$\frac{5+1-2×3}{2}$=0，价层电子对数=3+0=3，为平面三角形，1mol NO3-中含有3mol σ键，即含有3NA个σ键，
故答案为：三角锥形；平面三角形；3NA；
（3）BN的晶体结构与金刚石相似，B原子与N原子之间形成4个B-N（其中1个为配位键），杂化轨道数目为4，故B原子采取杂化，
故答案为：sp3；
（4）As与Ga位于同一周期，分别为ⅤA与ⅢA族，As的p轨道处于半充满的稳定状态，故第一电离能：As＞Ga，
故答案为：＞；As与Ga位于同一周期，分别为ⅤA与ⅢA族，As的p轨道处于半充满的稳定状态，故第一电离能：As＞Ga；
（5）NH3分子与水分子之间能够形成氢键，在水中的溶解度：NH3＞PH3，
故答案为：＞；NH3分子与水分子之间能够形成氢键；
（6）晶胞中含有Ga原子数为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，As原子数目为4，故化学式为GaAs，
As原子与周围的4个Ga原子形成正四面体，As原子与晶胞顶点Ga原子连线处于晶胞题对角线上，且Ga原子与As原子之间的距离为晶胞体对角线长度的$\frac{1}{4}$倍，所以晶胞的体对角线为晶胞棱长的$\sqrt{3}$倍，则Ga原子与As原子之间的距离为$\frac{\sqrt{3}c}{4}$ pm，
晶胞质量为4×$\frac{70+75}{{N}_{A}}$g，则晶胞密度为4×$\frac{70+75}{{N}_{A}}$g÷（c×10-10 cm）3=$\frac{5.8×1{0}^{32}}{{c}^{3}{N}_{A}}$g•cm-3，
故答案为：GaAs；$\frac{\sqrt{3}c}{4}$；$\frac{5.8×1{0}^{32}}{{c}^{3}{N}_{A}}$．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、杂化方式与空间构型、电离能、氢键、晶胞计算计算等，（6）中距离计算为易错点、难点，需学生具备一定的数学计算能力．

练习册系列答案
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6．下列各组物质中互为同位素的是（　　）
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12．随着能源问题的进一步突出，利用热化学循环制氢的研究受到许多发达国家的青睐．最近的研究发现，复合氧化物铁酸锰（MnFe2O4）也可以用于热化学循环分解水制氢，MnFe2O4的制备流程如下：（提示：锰元素在本题所有过程中价态均不变）．
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19．0.2mol某烃A在氧气中完全燃烧后，生成CO2和H2O各1.2mol．试回答：
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16．有如下两个反应：
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