Question

15．氮、磷、砷是同族元素，该族元素单质及其化合物在农药、化肥等方面有重要应用．请回答下列问题．
（1）氮、磷、砷的电负性的大小关系是N＞P＞As，砷原子M层电子排布式为3s²3p⁶3d¹⁰．
（2）K₃[Fe（CN）₆]晶体中Fe³⁺与CN^-之间的键型为配位键，该化学键能够形成的原因是
Fe³⁺提供空轨道，CN^-提供孤电子形成配位键．
（3）已知：

	CH4	SiH4	NH3	PH3
沸点（K）	101.7	161.2	239.7	185.4
分解温度（K）	873	773	1073	713.2

分析上表中四种物质的相关数据，请回答：
①CH₄和SiH₄比较，沸点高低的原因是CH₄和SiH₄比较，影响熔沸点的因素是分子间作用力，SiH₄之间的分子间作用力大，熔沸点高．
②NH₃和PH₃比较，分解温度高低的原因是NH₃和PH₃比较，影响分解温度的因素是共价键的强弱，N原子的半径比P原子的半径小，共价键的键长短，供价键强，分解温度高．

（4）金刚石是原子晶体，含有的最小环是六元环（如图2），每个碳原子连接12个六元环，如图1是金刚石的晶胞，若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，碳原子在晶胞中的空间占有率$\frac{32π{r}^{3}}{3{a}^{3}}$×100%（不要求计算过程）．

Answer 1

分析 （1）同主族自上而下电负性减小；As原子处于的第四周期VA族，M层各能级均填充满；
（2）Fe³⁺提供空轨道，CN^-提供孤电子形成配位键；
（3）①影响CH₄和SiH₄熔沸点的因素是分子间作用力，相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔沸点越高；
②影响NH₃和PH₃分解温度的因素是共价键的强弱，键长短，供价键强，分解温度高；
（4）在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环为六元环，每个C原子连接4个碳原子，连接的4个C原子中每个C原子形成3个六元环；
根据均摊法计算晶胞中碳原子数目，再计算晶胞中碳原子总体积、晶胞体积，碳原子在晶胞中的空间占有率=$\frac{晶胞中碳原子总体积}{晶胞体积}$×100%．

解答 解：（1）同主族自上而下电负性减小，故电负性N＞P＞As；As原子处于的第四周期VA族，M层各能级均填充满，M层电子排布式为：3s²3p⁶3d¹⁰，
故答案为：N＞P＞As； 3s²3p⁶3d¹⁰；
（2）Fe³⁺提供空轨道，CN^-提供孤电子，Fe³⁺与CN^-之间形成配位键，
故答案为：配位键；
（3）①CH₄和SiH₄比较，影响熔沸点的因素是分子间作用力，SiH₄之间的分子间作用力大，熔沸点高，
故答案为：CH₄和SiH₄比较，影响熔沸点的因素是分子间作用力，SiH₄之间的分子间作用力大，熔沸点高；
②NH₃和PH₃比较，影响分解温度的因素是共价键的强弱，N原子的半径比P原子的半径小，共价键的键长短，供价键强，分解温度高，
故答案为：NH₃和PH₃比较，影响分解温度的因素是共价键的强弱，N原子的半径比P原子的半径小，共价键的键长短，供价键强，分解温度高；
（4）在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环为六元环，每个C原子连接4个碳原子，连接的4个C原子中每个C原子形成3个六元环，所以金刚石晶体中每个C原子能形成12个六元环；
晶胞中碳原子数目=4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，晶胞中碳原子总体积=8×$\frac{4}{3}$πr³，晶胞体积为a³，碳原子在晶胞中的空间占有率=$\frac{8×\frac{4}{3}π{r}^{3}}{{a}^{3}}$×100%=$\frac{32π{r}^{3}}{3{a}^{3}}$×100%，
故答案为：12；$\frac{32π{r}^{3}}{3{a}^{3}}$×100%．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及晶胞结构与计算、电负性、核外电子排布、配合物、分子结构与性质等，（4）为易错点，注意理解识记中学常见晶胞计算．